LCC-MMC混合直流輸電系統(tǒng)的控制策略分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u22226LCC-MMC混合直流輸電系統(tǒng)的控制策略分析概述 0317301.1LCC-MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 0148251.2整流側(cè)的控制策略 1251971.3逆變側(cè)的控制策略 2169841.3.1內(nèi)環(huán)電流控制器 2215401.3.2外環(huán)功率控制器 341711.4內(nèi)部環(huán)流抑制策略 5134711.4.1內(nèi)部環(huán)流產(chǎn)生原因 5299411.4.2環(huán)流抑制控制器 6了解完LCC-MMC混合直流輸電系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論后，為了使輸電系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)保持穩(wěn)定，將系統(tǒng)電壓和功率維持在合理范圍內(nèi)，我們必須對(duì)其控制策略加以研究。本章著重就整流側(cè)LCC的定直流電壓控制、逆變側(cè)MMC的雙閉環(huán)控制以及對(duì)MMC橋臂中的環(huán)流抑制的控制策略進(jìn)行推導(dǎo)和說(shuō)明。LCC-MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)LCC-MMC混合輸電系統(tǒng)充分利用了我國(guó)西電東送的特點(diǎn)，并克服了傳統(tǒng)直流輸電和雙端VSC柔性直流輸電各自的缺點(diǎn)，其主要體現(xiàn)在可避免LCC-HVDC可能發(fā)生的逆變側(cè)換流失敗現(xiàn)象與能夠給受端VSC提供無(wú)功補(bǔ)償，因此能夠?qū)崿F(xiàn)在最大經(jīng)濟(jì)效益的情況下提高直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文采用雙端單極性LCC-MMC混合直流輸電系統(tǒng)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s11混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)其中整流側(cè)為12脈動(dòng)換流器，逆變側(cè)為MMC換流器，整流側(cè)濾波器的作用是為了減少送端交流量的諧波分量，線路兩端串接限流電抗器是為了限制直流線路中的交流量，減少線路損耗，同時(shí)限制直流線路短路時(shí)的電流上升率，提高直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。整流側(cè)的控制策略要使LCC-MMC混合直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，減少直流線路在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)線路損耗，即減少電壓降落，必須采用定直流電壓控制以確保直流線路的電壓恒定。鑒于逆變側(cè)MMC預(yù)采用雙閉環(huán)控制的方法，故本文設(shè)計(jì)的定直流電壓模塊放置在LCC側(cè)，其基本原理為測(cè)量電壓與控制電壓量進(jìn)行比較，進(jìn)而來(lái)確定控制角α，使在α角的作用下讓測(cè)量電壓盡可能逼近控制電壓量，以達(dá)到定電壓控制的效果，為逆變側(cè)提供功率傳輸所必要的穩(wěn)定電壓。LCC定電壓控制器的結(jié)構(gòu)如下：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s12LCC定直流電壓控制器其中，Udl表示電壓測(cè)量值，Udlord表示預(yù)計(jì)的電壓控制量，逆變側(cè)的控制策略逆變側(cè)MMC由于采用電平觸發(fā)，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)學(xué)模型多變，其控制策略的設(shè)計(jì)比較困難，是整個(gè)系統(tǒng)控制模型設(shè)計(jì)的難度，然而MMC換流器的控制策略又恰恰是混合輸電系統(tǒng)的重點(diǎn)，能否較好的控制MMC系統(tǒng)直接決定了混合直流輸電性能的穩(wěn)定性。鑒于MMC是VSC的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，故而考慮MMC系統(tǒng)采用與VSC系統(tǒng)的類似的控制策略，通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)書(shū)籍，MMC換流器采用如圖3-3流程的控制策略。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s13MMC控制策略MMC的控制策略模型主要由外環(huán)控制器、內(nèi)環(huán)控制器和眾多坐標(biāo)變化和計(jì)算模塊構(gòu)成，通過(guò)圖3-3可以看到，MMC的外環(huán)功率控制器的控制量可通過(guò)人為設(shè)定，其一般取決于混合直流輸電的規(guī)格和用電量，其中內(nèi)環(huán)電流控制器的電流參考量為外環(huán)功率控制器的輸出變量，因此將MMC的內(nèi)環(huán)電流和外環(huán)功率控制合稱為閉環(huán)控制。MMC的控制模型中包含大量的坐標(biāo)變換模塊和功率計(jì)算模塊，其主要原因?yàn)镸MC系統(tǒng)進(jìn)行三相電壓、電流運(yùn)算時(shí)，需要進(jìn)行帕克變換，以達(dá)到簡(jiǎn)化運(yùn)算的效果。 內(nèi)環(huán)電流控制器MMC控制器主要有直接電流控制與間接電流控制兩種設(shè)計(jì)思路，其中前者通過(guò)坐標(biāo)變換進(jìn)行，后者通過(guò)電壓和相位計(jì)算進(jìn)行。在實(shí)際工程中，為了確保電流量能夠快速的跟隨系統(tǒng)的變化，減少延遲時(shí)間，一般采用直接電流控制。鑒于MMC雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)，需要內(nèi)環(huán)電流控制為外環(huán)功率控制提供計(jì)算參數(shù)，因而，先設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)電流控制器是十分必要的。MMC換流器可通過(guò)調(diào)節(jié)其輸出電壓來(lái)設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)電流控制器，使電流跟隨電流指定量的變換ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張明奇</Author><Year>2019</Year><RecNum>89</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[41]</style></DisplayText><record><rec-number>89</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tzdsdz5ebrw2pcea5w2vzreit5ertv2r9efx"timestamp="1619706184">89</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>張明奇</author><author>張英敏</author><author>田洪江</author><author>陳可%J智慧電力</author></authors></contributors><titles><title>一種MMC控制系統(tǒng)的復(fù)合校正策略</title></titles><pages>69-75</pages><number>8</number><dates><year>2019</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[41]，其輸出閥值電壓Vdord，Vqord可表示為：VV其中，Vdord和Vqord分別表示d、q軸的電壓控制參考量，idord和iqord分別表示i2d、i2q的參考量，引入系數(shù)kpid、kpiq、kiid、kiiq消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，引入wLi2q圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s14電流內(nèi)環(huán)解耦控制圖外環(huán)功率控制器在MMC連接電壓等級(jí)高、功率大的電網(wǎng)時(shí)，其電壓不會(huì)隨功率階躍而發(fā)生大幅的改變，故MMC外環(huán)采用定功率控制，以此來(lái)提供內(nèi)環(huán)所需的電流參考量，其數(shù)學(xué)模型可通過(guò)以下步驟計(jì)算。在abc坐標(biāo)系下P、Q可表示為P&=經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，將P、Q從靜止同步坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，在此省略轉(zhuǎn)換步驟，則P、Q可表示為P&=以d軸為電壓參考軸，即usd=Us，usq=0，則P&=由式（3.5）可知，有功功率P僅由d軸電流量控制，無(wú)功功率Q僅由q軸電流量控制，即P、Q解耦性能良好，其中i對(duì)式（3.6）根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)行調(diào)整，可得idref，iii其中Pref和Qref分別為有功、無(wú)功功率參考量，idref(=idord)和iqref(=i圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s15定有功功率控制器圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s16定無(wú)功功率控制器內(nèi)部環(huán)流抑制策略內(nèi)部環(huán)流產(chǎn)生原因圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s17包含環(huán)流的MMC單相等值電路MMC運(yùn)行時(shí)，由于子模塊電容的存在，鑒于MMC子模塊的運(yùn)行方式，子模塊電容處在不斷地充放電過(guò)程中，即使有調(diào)制與電容均壓控制模塊的存在，電容電壓難免會(huì)有波動(dòng)，因而造成橋臂子模塊間能量分布不均衡，各相橋臂間產(chǎn)生環(huán)流。MMC內(nèi)部環(huán)流包括直流分量、二倍頻分量和高頻分量，其中，環(huán)流的諧波分量將會(huì)在MMC三相單元間流動(dòng)，同時(shí)不會(huì)進(jìn)入直流系統(tǒng)中去，這意味著，隨著直流輸電系統(tǒng)使用時(shí)間的增長(zhǎng)，環(huán)流的諧波分量會(huì)對(duì)MMC逆變器中的開(kāi)關(guān)器件造成嚴(yán)重?fù)p害，故而會(huì)影響MMC的正常運(yùn)行。通過(guò)計(jì)算，環(huán)流的高頻分量很小，MMC三相橋中存在的諧波分量主要是二倍頻分量。以三相MMC的電路結(jié)構(gòu)為例，我們可單獨(dú)拿其中一相來(lái)分析MMC橋臂中環(huán)流的特點(diǎn)，根據(jù)圖3-7，i通過(guò)代換可得下式，i式中icira表示a相環(huán)流，由此便得知MMC的相間環(huán)流存在于內(nèi)部，無(wú)法進(jìn)入直流系統(tǒng)，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)器件造成損害，既會(huì)增加開(kāi)關(guān)的損耗又會(huì)增加MMC的成本，盡管由于橋臂電抗的存在，在一定程度上可以限制住環(huán)流的存在，尤其限制高頻分量的存在，但無(wú)法完全消除二倍頻環(huán)流分量，影響MMC的電容電壓均衡，使橋臂電流發(fā)生畸變，增加開(kāi)關(guān)器件負(fù)擔(dān)以及加大損耗，這會(huì)造成環(huán)流抑制控制器由于環(huán)流會(huì)對(duì)MMC造成不利影響，我們有必要設(shè)計(jì)出一套合適的環(huán)流抑制控制方案對(duì)其進(jìn)行限制，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而相間環(huán)流分量主要為二倍頻環(huán)流，本節(jié)將結(jié)合抑制二倍頻環(huán)流的手段，通過(guò)環(huán)流的數(shù)學(xué)式推導(dǎo)出合適的環(huán)流控制量，搭建滿足條件的環(huán)流抑制控制器（CirculatingCurrentSuppressingController，CCSC）模型。根據(jù)圖3-7，可推導(dǎo)出如下兩個(gè)等式，uL其中，ij和uj(j=a,b,c)表示a、b、c三相的端口輸出電流和電壓。為了方便計(jì)算，不妨設(shè)定義e同時(shí)，以第j相為例，電流流過(guò)Rarm引起的電壓降可表示為下式，記為uu其中icirj表示第j相橋臂的環(huán)流量，而橋臂電壓上的二倍頻電壓與ucirj極性相反，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)的CCSC可以u(píng)u與兩電平換流器的虛擬電動(dòng)勢(shì)類似，我們可通過(guò)MMC控制器的輸出量來(lái)得到ej，而虛擬電動(dòng)勢(shì)ej可以通過(guò)控制MMC換流器交流測(cè)輸出電壓、電流量進(jìn)而來(lái)控制功率和直流線路的電壓和電流等，ucirj可以用來(lái)控制MMC換流器的內(nèi)部動(dòng)態(tài)過(guò)程ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>趙成勇，許建中，李探著</Author><Year>2017</Year><RecNum>45</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[37]</style></DisplayText><record><rec-number>45</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tzdsdz5ebrw2pcea5w2vzreit5ertv2r9efx"timestamp="1608565168">45</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>趙成勇，許建中，李探著</author></authors></contributors><titles><title>模塊化多電平換流器直流輸電建模技術(shù)</title></titles><pages>215</pages><dates><year>2017</year></dates><publisher>北京：中國(guó)電力出版社</publisher><isbn>978-7-5123-9609-8</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[37]。根據(jù)文獻(xiàn)[28]，a、b、ci式中I2f表示二倍頻環(huán)流分量峰值，又由（3-14），將其在a、b、c三相u上式經(jīng)過(guò)二倍頻負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，經(jīng)過(guò)Tabc/dqu式中ucird、ucirq和i2fd、i2fq分別表示dq坐標(biāo)系下的d軸、q軸的環(huán)