电压下降方式下的多端系统上层控制

张明兴，黄斯茜，卢绍强，李康

(西南交通大学电气工程学院，四川 成都 610031)

电压下降方式下的多端系统上层控制

张明兴，黄斯茜，卢绍强，李康

(西南交通大学电气工程学院，四川 成都 610031)

MTDC输电系统不仅具有VSC-HVDC系统的一般特点，还具有多端系统特有的经济性和灵活性，但是其运行控制也相应的更为复杂。通常需要本地控制器和上层控制器共同控制。重点讨论了采用电压下降方式的VSC-MTDC系统的上层控制器的设计。

VSC-MTDC;上层控制器;直流输电

1 引言

适用于VSC-MTDC的控制方法主要有两种运行模式:(1)电压下降方式;(2)主从式控制方式。前者直流电压控制质量差，对于单个换流器无法实现定有功控制，后者虽然直流电压调节和功率控制等性能都具有很好的刚性，但它要求高速的通信条件，还需要配置上层控制模块，且系统的运行可靠性并不高［1］，不适用于长距离输电的并网系统。文献［2，3］提出的基于直流电压偏差控制的多点直流电压控制方式，其实质是若直流电压偏差过大，备用VSC由定功率控制转为定直流电压控制，以维持VSC-MTDC系统的稳定性，该控制方法不需通信，但采用基于直流偏差控制的功率控制器要同时进行高低直流电压的调节，控制器稍显冗余和复杂。

2 VSC-MTDC控制方式

多端直流输电系统是指有含有3个及以上换流器的直流输电系统。通常VSC-MTDC的控制系统分为以下两种:

(1)本地控制:根据系统控制提供的指令，协调站内换流器的整定值，并完成整定值到触发脉冲的转换。

(2)上层控制:优化直流系统整体性能为换流器提供电流、电压等指令。

本文重点讨论VSC-MTDC系统的上层控制器设计。根据以上分析，为提高VSC-MTDC系统运行的可靠性，本章提出了基于直流电压偏差控制的多点直流电压控制方式，这是一种不需要通讯的控制方式，能保证定直流电压控制的换流器故障退出后，VSC-MTDC系统能继续维持有功的平衡和直流电压的稳定，确保其他 VSC的正常工作。最后，利用 Matlab/Simulink对该控制方式进行了仿真分析，结果验证了该控制方法的有效性。

3 上层控制器的设计

采用电压下降控制方式的VSC-MTDC输电系统的上层控制器设计方案如图1所示。

图1 适用于电压下降控制方式的多端系统上层控制器

直流系统潮流整定模块的作用是，根据系统运行状态的变化，对各个换流器所分配到的功率预定值进行及时地调整，并为换流器提供电流参考值Idcref。这就有可能使部分换流器的功率储备减小甚至达到运行极限。针对这种情况时，给每一个换流器都预留一个功率(或电流)储备值，这个值各不相同，视每一个换流器的工作要求而定。然后按照一个相同的功率(或电流)值，对所有换流器进行优化调整。当系统的功率发生扰动时，按照预留的功率储备值来分派负荷变化量，遵循能者多劳原则。功率储备大的，分担的多，储备小的，分担的少。因为是为了稳定系统，平衡功率扰动，这样，换流器的功率(或电流)裕度，就是上面说的储备量，应与压降电阻成反比，即:

式中，PNn第n个换流器的额定功率;Pn对应换流器的功率实际值;Rdroopn是压降电阻，K表示常数。因此若想调节换流器稳态功率，就调节Idcref的值就可以。而若想达到控制换流器之间的动态功率分配，平衡动态功率以及充分利用每个换流器的储备功率容量的目的，就调节Rdroopn的值。另外，将直流电压、电流等参考量引入到上层控制器的功率调节模块，有助于对换流器运行状态进行调整。

对于向无源网络供电的多端VSC-MTDC输电系统，同时是用采用恒定交流电压控制方式的换流器为无源网络供电。这样的设置有个缺点，就是交流侧负荷的波动会导致系统直流电流不确定的波动。另外造成该换流器不能参与动态功率的平衡。为了克服这一缺点，为系统上层控制器设置直流系统潮流整定模块，由它根据向无源网络供电的换流器的实际电流，计算给出该换流器的直流功率预测值。还换流器功率改变，必然会影响其他的换流器，因此直流系统潮流整定模块也需要修改它们的功率整定值。

4 仿真分析

为了验证采用电压下降控制方式的VSC-MTDC系统的控制特性，对图1所示的4端系统进行仿真分析。为了简化分析，所有直流线路的电阻为零。图中4个换流器都采用电压下降控制方式，都是理想器件，容量和调节特性均相同，其参数如下表1所示。

表1 四端VSC-MTDC系统参数表

首先将所有换流器的下降电阻Rdroop均设为1Ω。系统开始稳态运行，0.1s时，上层控制器的直流系统潮流整定模块加大VSC3的功率储备，其电流参考值Idref3的值上升为17.5A，这样，其他换流器的功率储备降低，进而引起电流参考值的下降。这样的功率扰动导致VSC4达到运行极限，其参考电流越限。各个波形变化如图2所示。为了消除功率扰动，平衡各换流器的功率，根据式子(1)，因为VSC1的储备容量是VSC4的4倍，所以将VSC4的压降电阻取为VSC1的4倍，4Ω。这样，当再发生功率扰动时，VSC4的电流就不会越限。此时的仿真波形如图3所示。

图2 电压下降控制方式的多端系统特性

图3 电压下降控制方式的多端系统特性

5 结论

通过以上分析可知，系统负荷功率波动时，各换流器会自动调节功率，系统运行状态相对比较平稳，不会轻易出现越限等问题。通过对的直流电流整定值的调节，达到控制换流器的稳态功率的目的，而换流器的动态功率分配特性，就可以通过调节压降电阻来实现。

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［4］ 王锡凡，方万良，杜正春．现代电力系统分析［M］．北京:科学出版社，2003．

［5］ 张重实，宋颖．多端直流输电系统的控制问题［J］．中国电力，1996，29(7):54－57．

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［7］ 屠卿瑞，徐政．多端直流系统关键技术概述［J］．华东电力，2009，37(2):4－5．

Multiport System Super-control of Drop-out Voltage W ay

ZHANGMing-xing，HUANG Si-qian，LU Shao-qing，LIKang
(Electrical Engimeering College，Jiaotong University of Southwest，Chengdu 610031，China)

MTDC transmission system has notonly general characteristics of VSC －HVD system，butalso spercal economy and flexibilty ofthemultiport system，but its operation control ismore compex．It is often controlled together by local controller and super controller．The paper discusses the super controller diesign of VSC － MTDC system to adopt the drop-out voltage way．

VSC－MTDC;super controller;direct current transmission

TM57

B

1004－289X(2013)03－0032－03

2012－05－02