蔡海青，郭 琦，楊仁炘，黃立濱，施 剛，顧浩瀚，蘇明章

（1.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 直流輸電技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510663；2.國(guó)家能源大電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心，廣東 廣州 510663；3.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240；4.廣東省新能源電力系統(tǒng)智能運(yùn)行與控制企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510663；5.中國(guó)南方電網(wǎng)公司電網(wǎng)仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510663）

0 引言

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，風(fēng)／光可再生能源的開(kāi)發(fā)規(guī)模、開(kāi)發(fā)區(qū)域、開(kāi)發(fā)深度進(jìn)入了更高的層次［1］。目前，我國(guó)西北部規(guī)劃建設(shè)了縱深達(dá)數(shù)千千米的風(fēng)光新能源基地，而東南沿海各省每年新開(kāi)發(fā)的海上風(fēng)電容量已達(dá)數(shù)萬(wàn)兆瓦［2］，并由近海向深遠(yuǎn)?？焖侔l(fā)展。新能源按資源分布集群開(kāi)發(fā)且多個(gè)集群之間廣域分布，電網(wǎng)相對(duì)薄弱［3］。采用交流系統(tǒng)在廣闊區(qū)域內(nèi)匯集波動(dòng)性功率，其電壓穩(wěn)定性及風(fēng)光電源的并網(wǎng)穩(wěn)定性面臨技術(shù)瓶頸［4-5］。因此，通過(guò)柔性直流輸電實(shí)現(xiàn)新能源基地所在的異步電網(wǎng)互聯(lián)，匯聚新能源功率并送出的方案受到了廣泛的關(guān)注［6-8］。

目前，柔性直流輸電系統(tǒng)大多采用跟網(wǎng)型控制，通過(guò)鎖相環(huán)檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電壓相位［9］，并通過(guò)電流矢量控制實(shí)現(xiàn)有功／無(wú)功功率控制的解耦。在現(xiàn)有控制策略下，柔性直流輸電系統(tǒng)所連接的各電網(wǎng)之間相對(duì)解耦，若其中一個(gè)電網(wǎng)出現(xiàn)頻率波動(dòng)，則其他電網(wǎng)難以為其提供快速頻率支撐。為了解決這一問(wèn)題，一些學(xué)者提出通過(guò)鎖相環(huán)檢測(cè)電網(wǎng)頻率，并通過(guò)輔助控制回路調(diào)節(jié)柔性直流輸電系統(tǒng)的功率來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率支撐［10］，但這一策略高度依賴(lài)于鎖相環(huán)。一些研究指出，當(dāng)換流站接入弱電網(wǎng)時(shí)，鎖相環(huán)的性能會(huì)惡化，若參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，則易誘發(fā)穩(wěn)定性問(wèn)題，也難以快速準(zhǔn)確檢測(cè)電網(wǎng)頻率。

一些學(xué)者提出采用構(gòu)網(wǎng)型控制［11-13］來(lái)增強(qiáng)換流器的弱電網(wǎng)運(yùn)行能力，通過(guò)模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方程來(lái)實(shí)現(xiàn)換流站的自主頻率響應(yīng)。但上述策略大多應(yīng)用于柔性直流輸電系統(tǒng)的恒功率控制端。對(duì)于恒電壓控制端，若采用虛擬同步控制，則會(huì)使其功率調(diào)節(jié)速度變慢，難以維持直流電壓的穩(wěn)定。文獻(xiàn)［14］提出的慣性同步控制能同時(shí)實(shí)現(xiàn)恒電壓控制端的電網(wǎng)自同步控制，但其所提供的支撐功率僅從直流電容中提取，對(duì)電網(wǎng)的支撐效果較弱。

為此，本文提出了柔性直流輸電系統(tǒng)的雙端構(gòu)網(wǎng)型控制策略，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：①將柔性直流輸電換流器的直流側(cè)電容等效為同步電機(jī)轉(zhuǎn)子，使兩側(cè)換流器分別模擬同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，有效提高了換流器的弱電網(wǎng)運(yùn)行能力；②將直流線(xiàn)路等效為連軸，且通過(guò)設(shè)置直流電壓-有功功率下垂系數(shù)，增加該連軸的等效阻尼，維持直流電壓的穩(wěn)定，并實(shí)現(xiàn)有功功率的靈活控制；③設(shè)計(jì)了柔性直流輸電換流器的電網(wǎng)頻率響應(yīng)策略，在電網(wǎng)頻率發(fā)生變化時(shí)，增大換流器的等效慣性與阻尼，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的主動(dòng)頻率支撐；④設(shè)計(jì)了柔性直流輸電換流器的電網(wǎng)故障穿越策略，通過(guò)電流內(nèi)環(huán)限制故障電流，通過(guò)增大等效慣性與阻尼來(lái)避免功角失穩(wěn)，通過(guò)將非故障端的功率給定置0來(lái)避免直流系統(tǒng)過(guò)壓或欠壓。

1 整體控制結(jié)構(gòu)

2 直流電壓-有功功率自同步控制

2.1 直流電壓自同步控制

對(duì)于柔性直流輸電換流器而言，其直流電壓幅值Udc與其兩側(cè)功率相關(guān)，如式（1）所示。

式中：ΔUdc為直流電壓的變化量；Ceq為直流側(cè)等效電容，對(duì)于兩電平換流器，Ceq為直流側(cè)濾波電容，而對(duì)于模塊化多電平換流器（modular multi-level converter，MMC），Ceq為子模塊在直流側(cè)的等效電容；Pdc為直流側(cè)輸入功率；Pac為交流側(cè)輸出功率；Udc0為直流電壓的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)。這一特性與式（2）所示同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程類(lèi)似。

式中：Δωm為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化量；J為同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωm0為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)；Pm為機(jī)械功率；Pe為并網(wǎng)電功率。可以發(fā)現(xiàn)，直流電壓與同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電容大小以及同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

為了進(jìn)一步模擬同步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與輸出頻率之間的比例關(guān)系，可以將直流電壓與輸出交流頻率通過(guò)式（3）聯(lián)系起來(lái)，即檢測(cè)換流器的直流電壓Udc，根據(jù)式（3）計(jì)算換流器的輸出頻率fc。

式中：K為耦合系數(shù)；Udcref為直流電壓的給定值；f0為電網(wǎng)的額定頻率，值為50 Hz。假設(shè)柔性直流輸電換流器通過(guò)一個(gè)電抗與無(wú)窮大電源相連，此時(shí)換流器的輸出功率Pac為：

式中：Uc為換流器輸出的交流電壓；Ug為電網(wǎng)等效無(wú)窮大母線(xiàn)電壓；X為電網(wǎng)的等效電抗；fg為電網(wǎng)頻率；δ為換流器的功角。由式（4）可知，若換流器的輸出頻率大于電網(wǎng)頻率，則會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流器的功角δ增大，從而增大換流器的輸出功率Pac。由式（1）可知，Pac增大會(huì)導(dǎo)致直流電壓Udc降低。由式（3）可知，直流電壓Udc降低會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流器的輸出頻率下降，并最終與電網(wǎng)頻率保持同步，這一同步過(guò)程與同步電機(jī)較為類(lèi)似。在工作點(diǎn)附近線(xiàn)性化，可以列寫(xiě)柔性直流輸電換流器與同步電機(jī)類(lèi)似的同步方程，如式（5）所示。

式中：Δfc為換流器輸出頻率的變化量；Hv為等效慣性時(shí)間常數(shù)。與同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子類(lèi)似，當(dāng)電網(wǎng)頻率變化幅度不大（一般電網(wǎng)頻率不超出（50±0.5）Hz）時(shí)，換流器的直流電壓也將維持在給定值附近，此時(shí)換流器工作在恒直流電壓控制模式。

若柔性直流輸電系統(tǒng)兩側(cè)的換流器均采用上述同步策略，假設(shè)Udcref、K等控制參數(shù)一致，則此時(shí)直流側(cè)輸入功率Pdc可表示為：

式中：R為直流線(xiàn)路電阻。假設(shè)當(dāng)Pdc為正值時(shí)，換流器2為功率送端換流器，換流器1為功率受端換流器。由式（6）可知，無(wú)論是送端電網(wǎng)還是受端電網(wǎng)發(fā)生頻率變化，該頻率變化將直接反映在直流電壓上，從而影響直流系統(tǒng)的傳輸功率，且直流功率的變化方向與送端電網(wǎng)的頻率變化方向相同，與受端電網(wǎng)的頻率變化方向相反。這一特性能實(shí)現(xiàn)送端電網(wǎng)與受端電網(wǎng)的雙向頻率支撐。舉例說(shuō)明如下：若送端電網(wǎng)發(fā)生頻率跌落，則直流傳輸功率變小，即送端電網(wǎng)流出的有功功率變小，從而阻尼送端電網(wǎng)的頻率下降；若受端電網(wǎng)發(fā)生頻率跌落，則直流傳輸功率變大，流入受端電網(wǎng)的有功功率變大，從而能支撐受端電網(wǎng)的頻率。此時(shí)2個(gè)電網(wǎng)類(lèi)似于被同步電動(dòng)機(jī)-連軸-同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)相連，功率送端換流器可等效為同步電動(dòng)機(jī)，而功率受端換流器可等效為同步發(fā)電機(jī)，直流線(xiàn)路可等效為連軸，如圖2所示。圖中：Pac1、Pac2分別為換流器1、2 的交流側(cè)輸出功率；Leq為直流側(cè)等效電感；ωm1、ωm2分別為同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；Pe1、Pe2分別為同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)的并網(wǎng)電功率；fe1、fe2分別為同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)的電頻率。

2.2 直流電壓-有功功率下垂控制

2.1節(jié)利用直流電容的動(dòng)力學(xué)特性，構(gòu)建了柔性直流輸電換流器的自同步機(jī)制，但當(dāng)柔性直流輸電系統(tǒng)的雙端換流器均采用2.1 節(jié)所述的自同步控制策略時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩方面的問(wèn)題：①缺乏阻尼，使電網(wǎng)同步過(guò)程變長(zhǎng)，且容易出現(xiàn)振蕩；②由式（6）可以發(fā)現(xiàn)，柔性直流輸電系統(tǒng)的直流側(cè)輸入功率Pdc僅與兩側(cè)頻率相關(guān)，無(wú)法自由控制。因此，本文在2.1 節(jié)所述直流電容電壓同步的基礎(chǔ)上，引入了Pdc-Udc下垂控制環(huán)節(jié)，一方面可以為同步過(guò)程增加阻尼，另一方面也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)Pdc的自由控制。

若兩端換流器同時(shí)采用2.1 節(jié)所述自同步控制策略，則柔性直流輸電系統(tǒng)的直流側(cè)輸入功率Pdc（功率方向以換流器2流向換流器1為正）可表示為：

可見(jiàn)，通過(guò)合理設(shè)置兩端換流器的功率給定值，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸功率的穩(wěn)定控制。

此外，通過(guò)設(shè)置下垂控制環(huán)節(jié)還能為柔性直流輸電換流器的電網(wǎng)同步過(guò)程增加阻尼，加快同步速度并增強(qiáng)同步穩(wěn)定性，將式（9）代入式（7），可得：

式中：Pdc0為直流系統(tǒng)傳輸功率的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)；ΔPdc為直流功率的變化量；Δfc1、Δfc2分別為換流器1、2輸出頻率的變化量。

由式（14）可知，柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β蕦㈦S著換流器的輸出頻率發(fā)生變化，以換流器1 的同步過(guò)程為例，假設(shè)此時(shí)電網(wǎng)2的頻率不變，可得：

式中：變量上標(biāo)“′”表示標(biāo)幺值；D′v1、H′v1分別為換流器1 阻尼系數(shù)、虛擬慣性系數(shù)的標(biāo)幺值；Pnom為額定有功功率；Ceq1為換流器1 的等效直流電容。可發(fā)現(xiàn)，式（16）中的D′v1Δf′c1與同步發(fā)電機(jī)同步方程中的阻尼項(xiàng)類(lèi)似，其能加快同步速度，改善同步穩(wěn)定性。

3 電網(wǎng)頻率支撐策略

將式（16）代入式（5）中，可以得到換流器1 的同步方程為：

式中：G1(s)為換流器輸出頻率變化量與電網(wǎng)頻率變化量間的傳遞函數(shù)；Hv1為換流器1 的虛擬慣量；Δf′g1為電網(wǎng)1 頻率變化量的標(biāo)幺值；X′Σ1為等效電網(wǎng)阻抗的標(biāo)幺值。穩(wěn)態(tài)時(shí)，G1(s)≈1，即換流器輸出頻率與電網(wǎng)頻率保持相同。由式（14）可知，當(dāng)換流器的輸出頻率發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起直流側(cè)輸入功率的變化，因此電網(wǎng)頻率變化會(huì)引起直流側(cè)輸入功率的變化。以換流器1 為例，假設(shè)電網(wǎng)2 的頻率保持不變，電網(wǎng)1的頻率變化量為Δfg1，將式（17）代入式（15），有：

因此，當(dāng)任一電網(wǎng)頻率發(fā)生變化時(shí)，直流側(cè)輸入功率也會(huì)發(fā)生變化，且功率變化方向與電網(wǎng)頻率變化方向相反，功率變化量與電網(wǎng)頻率變化量成正比，這一特性與一次調(diào)頻比較類(lèi)似。由式（18）可知，K1越大，對(duì)電網(wǎng)的頻率支撐能力越強(qiáng)。但由式（16）和式（17）可知，K1增大會(huì)使換流器的功角調(diào)節(jié)速度變慢，導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)下的有功功率調(diào)節(jié)速度變慢。在兩側(cè)換流器的K（K1、K2）值都取得很大的情況下，容易引起直流電壓波動(dòng)。因此，本文在常態(tài)下設(shè)置K1、K2值都較?。?～5 左右），而在某一電網(wǎng)的頻率發(fā)生變化后，將該電網(wǎng)側(cè)換流器的K值增大（10～20 左右），實(shí)現(xiàn)暫態(tài)下的頻率支撐，且在電網(wǎng)頻率恢復(fù)后，再將K值恢復(fù)為原本的大小。

4 電網(wǎng)故障穿越策略

由于交流電網(wǎng)大多采用架空線(xiàn)傳輸，接地故障較為常見(jiàn)［15］。本文從電流限幅、功角限制、功率平衡3 個(gè)方面設(shè)計(jì)了新型控制策略下?lián)Q流器的電網(wǎng)故障穿越策略，使柔性直流輸電系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地穿越電網(wǎng)低電壓故障。

4.1 電流限幅策略

由于電力電子換流器的過(guò)流能力有限，需要對(duì)換流器的輸出電流進(jìn)行限制?？紤]到MMC 交流側(cè)無(wú)濾波電容特性下交流電壓-交流電流雙閉環(huán)控制性能不佳的問(wèn)題［16-18］，本文采用文獻(xiàn)［19］中提出的虛擬導(dǎo)納+環(huán)形限幅器+電流內(nèi)環(huán)結(jié)合的策略對(duì)電流進(jìn)行限幅，控制框圖如圖3所示。

通過(guò)限幅環(huán)節(jié)后，獲得電流的最終參考值i*d、i*q，再通過(guò)電流內(nèi)環(huán)獲取換流器輸出交流電壓的調(diào)制波，該部分與常規(guī)電流內(nèi)環(huán)控制相同，不再贅述。

4.2 功角限制策略

換流器的同步方式模擬了同步電機(jī)，因此同樣存在功角穩(wěn)定性問(wèn)題［20］，且由于常態(tài)下?lián)Q流器的慣性時(shí)間常數(shù)Hv和阻尼系數(shù)Dv較小，在電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，換流器的輸入／輸出功率受限，由式（16）可知，此時(shí)換流器的頻率會(huì)快速變化，容易導(dǎo)致功角越過(guò)穩(wěn)定極限，因此在電網(wǎng)故障下需要對(duì)換流器的頻率和功角變化速度進(jìn)行限制。本文采取的限制方法是在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)快速增大故障端換流器的耦合系數(shù)K，將其值增大為穩(wěn)態(tài)值的數(shù)百倍。由式（16）可知，此時(shí)故障端換流器的輸出頻率基本不會(huì)變化，能夠有效避免故障端換流器的功角失穩(wěn)。在這個(gè)過(guò)程中，非故障端換流器的耦合系數(shù)K不變，由非故障端換流器維持直流電壓穩(wěn)定。

4.3 功率平衡策略

電網(wǎng)發(fā)生短路故障會(huì)導(dǎo)致故障端換流器的輸入或輸出功率迅速下降，若此時(shí)不能快速地減小非故障端換流器的輸入或輸出功率，則容易導(dǎo)致直流系統(tǒng)的過(guò)電壓或欠電壓保護(hù)動(dòng)作。因此，本文在兩側(cè)換流器的功率給定值上加入滯環(huán)控制。對(duì)于功率送端，當(dāng)直流電壓超過(guò)1.05 p.u.時(shí)，將有功功率給定值Pref置0，直到直流電壓低于1.01 p.u.時(shí)再恢復(fù)至原有功率給定值。對(duì)于功率受端，當(dāng)直流電壓低于0.95 p.u.時(shí)，將有功功率給定值Pref置0，直到直流電壓高于0.99 p.u.時(shí)再恢復(fù)至原有功率給定值。通過(guò)這一設(shè)置能夠在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)使柔性直流輸電系統(tǒng)不出現(xiàn)過(guò)壓或欠壓?jiǎn)栴}。

5 仿真分析與驗(yàn)證

根據(jù)圖1，在PSCAD／EMTDC 軟件中構(gòu)建仿真模型，模型的電氣參數(shù)與控制參數(shù)分別如附錄A 表A1和表A2所示。

圖2 換流器-同步電機(jī)等效示意圖Fig.2 Equivalent diagram of convertersynchronous machine

圖3 虛擬導(dǎo)納+電流內(nèi)環(huán)的限流策略控制框圖Fig.3 Current limiting strategy control block diagram of virtual admittance+current inner loop

5.1 電網(wǎng)適應(yīng)性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文所提控制策略的電網(wǎng)適應(yīng)性與弱電網(wǎng)運(yùn)行能力，將換流器1接入點(diǎn)的短路比ξSCR設(shè)置為10，在3 s 時(shí)將短路比從10 減小為5，在6 s 時(shí)再次減小為2.5。當(dāng)采用傳統(tǒng)跟網(wǎng)型控制策略與本文所提控制策略時(shí)，換流器1 的有功功率響應(yīng)如圖4 所示。由圖可知：當(dāng)采用傳統(tǒng)跟網(wǎng)型控制策略時(shí)，換流器在強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行條件下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，但當(dāng)電網(wǎng)短路比減小后（弱電網(wǎng)運(yùn)行條件下），易出現(xiàn)振蕩失穩(wěn)；而當(dāng)采用本文所提控制策略時(shí)，換流器在不同的電網(wǎng)強(qiáng)度下均具備良好的運(yùn)行性能。

圖4 換流器1的有功功率響應(yīng)Fig.4 Active power response of Converter 1

5.2 功率調(diào)節(jié)能力驗(yàn)證

設(shè)置直流功率給定值Pref為800 MW，且Pref1=-Pref2=Pref。2 s 時(shí)將Pref改為-800 MW，并在5 s 時(shí)將Pref恢復(fù)為800 MW，本文所提控制策略下的換流器有功功率（以直流側(cè)流向交流側(cè)的功率為正，后同）和直流電壓如圖5 所示。由圖可知，在本文所提控制策略下，柔性直流輸電系統(tǒng)兩端的換流器具備快速功率控制能力，并且在潮流反轉(zhuǎn)、有功功率突變的情況下能夠穩(wěn)定控制直流電壓。

圖5 換流器有功功率和直流電壓Fig.5 Active power of converters and DC voltage

5.3 頻率支撐能力驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文所提控制策略的頻率支撐能力，將換流器1 交流側(cè)接入10 GW 同步發(fā)電機(jī)與6 GW負(fù)荷組成的等值系統(tǒng)。在2 s時(shí)負(fù)荷突增2 GW，無(wú)頻率支撐、有頻率支撐2種情況下的電網(wǎng)頻率變化結(jié)果見(jiàn)圖6?？芍?，在有頻率支撐的情況下，當(dāng)換流器1接入的電網(wǎng)頻率下降后，柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β首兇螅箵Q流器1 輸出的有功功率上升，相比無(wú)主動(dòng)頻率支撐的情況，其能有效減慢電網(wǎng)的頻率下降速度，改善頻率最低點(diǎn)，且該頻率支撐為完全自發(fā)響應(yīng)，無(wú)需額外控制，響應(yīng)速度和實(shí)時(shí)性良好。

圖6 頻率支撐能力驗(yàn)證仿真結(jié)果Fig.6 Simulative results of frequency support capability verification

5.4 故障穿越能力驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文所提控制策略的故障穿越能力，將直流功率給定值設(shè)置為800 MW，換流器1 為功率受端，換流器2 為功率送端，分別在功率受端電網(wǎng)發(fā)生故障、功率送端電網(wǎng)發(fā)生故障2種工況下進(jìn)行仿真。

1）工況1：功率受端電網(wǎng)發(fā)生故障。

在2 s 時(shí)，功率受端電網(wǎng)發(fā)生三相短路接地故障，故障期間換流器1 的并網(wǎng)點(diǎn)交流電壓下降至額定值的30 % 左右，仿真結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖可知，當(dāng)功率受端電網(wǎng)發(fā)生三相接地短路故障后，換流器1 能通過(guò)電流內(nèi)環(huán)快速限制短路電流大小，避免損壞換流器。同時(shí)，換流器1 與換流器2 協(xié)同配合，快速降低直流功率，避免直流系統(tǒng)過(guò)壓。故障過(guò)程中，由于換流器的電壓源特性，換流器1 還能自發(fā)輸出無(wú)功功率支撐電網(wǎng)電壓恢復(fù)。故障結(jié)束后，換流器1 能夠迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)功角穩(wěn)定性問(wèn)題。

圖7 工況1的故障穿越仿真結(jié)果Fig.7 Simulative results of fault ride-through under Working Condition 1

2）工況2：功率送端電網(wǎng)發(fā)生故障。

在2 s 時(shí)，功率送端電網(wǎng)發(fā)生三相短路接地故障，故障期間換流器2 的并網(wǎng)點(diǎn)交流電壓下降至額定值的30 % 左右，仿真結(jié)果如圖8所示。

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圖8 工況2的故障穿越仿真結(jié)果Fig.8 Simulative results of fault ride-through under Working Condition 2

由圖8 可知，當(dāng)功率送端電網(wǎng)發(fā)生三相接地短路故障后，換流器2 能通過(guò)電流內(nèi)環(huán)快速限制短路電流大小，避免損壞換流器。同時(shí)，換流器1 與換流器2 協(xié)同配合，快速降低直流功率，避免直流系統(tǒng)欠壓。故障過(guò)程中，由于換流器的電壓源特性，換流器2 還能自發(fā)輸出無(wú)功功率支撐電網(wǎng)電壓恢復(fù)。故障結(jié)束后，換流器2 能夠迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)功角穩(wěn)定性問(wèn)題。

6 結(jié)論

為了解決傳統(tǒng)控制策略下柔性直流輸電系統(tǒng)弱電網(wǎng)運(yùn)行性能差、無(wú)法主動(dòng)支撐電網(wǎng)的問(wèn)題，本文提出了一種用于異步弱電網(wǎng)互聯(lián)的柔性直流輸電系統(tǒng)的雙端構(gòu)網(wǎng)型控制策略，使柔性直流輸電系統(tǒng)兩端的換流器能夠不經(jīng)鎖相環(huán)自主同步電網(wǎng)，提高了柔性直流輸電系統(tǒng)的弱電網(wǎng)接入能力。在該策略下，柔性直流輸電系統(tǒng)的雙端電網(wǎng)均體現(xiàn)為電壓源特性，能夠有效地支撐弱電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行：當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生負(fù)荷突變時(shí)，柔性直流輸電系統(tǒng)能自動(dòng)響應(yīng)功率缺額，調(diào)節(jié)所傳輸?shù)挠泄β?，參與頻率調(diào)節(jié)，提供主動(dòng)頻率支撐；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，換流器能在保證自身安全穩(wěn)定穿越的前提下，主動(dòng)輸出無(wú)功功率，提供主動(dòng)電壓支撐。最后，基于PSCAD／EMTDC 軟件進(jìn)行算例仿真，結(jié)果驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。

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