赵国太
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摘要：基于电力电子相关元器件在应用上越来越广泛，直流输电和直流电网逐渐成为了交流电网方面的补充。特高压直流输电正和特高压交流输电一起，将我国西部与北部方面的风电、太阳能发电直接输送到东部区域的负荷中心，对于国家节能减排方面做出了巨大的贡献。本文针对含有弱交流电网的电压源换流站直流电网分级控制策略进行了分析，旨在为相关领域提供一定参考与借鉴。
关键词：直流电网；分级控制；无源交流电网
对于城市配电网来说，因为空间有限，很对输电都以电缆为媒介。针对长距离的有关交流电缆输电当中，应用直流输电能够提高经济性，同时直流输电相较于交流输电具有占用空间小的特点。电压源换流站相关的直流电网对于风能和太阳能方面的整合更有优势，能够使其平滑接入，对有功与无功进行独立控制。因此，以VSC为基础的直流电网可以成为城市能源互联网当中的重要部分。
一、含多个VSC的有关直流输电系统所具有的特征
对VSC直流电网能够以两种方式构成：
其一，为全部换流站之间都以直流联络线进行连接。对于这种连接方式来说，在相关电力网络系统当中都是直流输电。由于交流输电和直流输电方面在输电线路方面的参数型号有所差别，因此这种网络系统只能重新建设相关的系统网络，对于这种输电系统来说，其适用于新城区方面的规划以及建设。
其二，是以当前的交流系统为基础，在目前的交流系统当中，接入多个直流输电线路，对于这种方式来说，其适用于已有技术方面的改造升级，无需对原有交流输电相关线路进行拆除，只在当前交流输电系统实际的输电容量无法满足需求的状态下，增加适量的直流输电线路并馈入相关的交流输电系统当中，以如今的技术应用可以很容易实现这种状态，特别是对于城市能源互联网的相关配电系统当中能够很好的实现。
随着负荷逐渐提高，直流输电系统同样也会越来越多，假如直流输电在相关系统当中占据的比重较大，那么就可以将其称作直流输电网络。基于系统的复杂性，系统当中会产生VSC换流站以交流系统进行连接的状态：其一，假如联结换流站的相关交流系统是强电网的情况时可以将直流电网当做是通过多个两端VSC-HVDC相关输电系统共同组成的一个直流输电网；其二，假如连接VSC换流站的相关中间交流系统是弱电网，那么VSC换流站在控制方法方面就将不同于两端VSC-HVDC相关输电系统方面的控制，应该对其重新设计。
二、含有交流弱电网的VSC直流电网方面的协同控制策略
基于VSC直流电网有关拓补结构方面的节点数目较多，对于VSC直流电网方面的控制就会更加复杂。
在直流电网当中需要选择换流站与强电网之间最短的路径。依照某个换流站和交流强电网中间实际的换流站数量n，将这个换流站具体的控制级别定义为n+1级控制。依照这项定义，和强电网进行直接连接的相关换流站n=0。
首先，第一级控制为VSC直流电网当中有关最外侧换流站应用的控制，也就是和强电网实施功率交换的相关换流站应用的一种控制方式；其二，第二级控制是和第一级换流站利用高压直流线路进行连接的相关换流站（n=1），这种级别控制当中的换流站是与弱交流电网进行交流侧连接；其三，第三级的相关换流站利用弱交流电网和二级控制的相关换流站进行连接（n=2）。在分级控制的相关策略当中，将第一级换流站设置成直流电压的相关控制站，这样可以确保直流电压方面的稳定性，进而保证直流系统整体的传输功率维持稳定状态。另一方面，第二级换流站能够对有功功率以及弱交流系统方面的电压进行分别控制。第二级换流站在设计方面的有效性与合理性是保证VSC直流电网持续稳定传输功率的关键。对于第二级换流站来说，其能够使用定无功控制、定用功控制、定频率控制以及定相角控制等。假如第二级控制方面的换流站数量相对较多，那么不同换流站之间配合的好坏将会对弱交流系统方面的功率传输稳定与容量等产生很大的影响。
第一级控制方面使用定直流电压的相关控制方法，以此对第一级控制和第二级控制当中存在的直流电压进行控制，稳定、持续的直流电压确保第一级与第二级之间进行功率稳定传输。同时以第二级控制来稳定中间相关的交流弱电网方面的电网稳定，对于有功功率以及交流电压进行有效控制。
由于考虑到向第二级弱电网方面进行供电的状态，本文将向弱交流系统进行电能输送的相关换流站叫做“馈功率站”；将从弱交流系统方面吸收电能的相关换流站叫做“受功率站”。和弱交流电网进行联结的相关换流站当中，受功率站与馈功率站在控制方面的变量能够影响到交流系统方面的稳定运行以及动态响应。
第二级控制当中，因为定功率VSC朝着弱交流电网方面输送有功功率，对于弱电网进行供电会导致第二级控制方面的锁相环出现不稳，进而导致锁相环接受的频率和相位发生不稳，并且还会反向影响功率方面的传输，如果功率传输不能保持稳定就会促使电压失衡。所以，在第二级方面的控制应该使用定相角控制，同时选择换流站，并且给定触发脉冲的相关相角。定相角控制VSC的情况不会涉及到有功控制，在相关系统当中是一种平衡换流站。
在第一级控制当中，有关直流电压方面的稳定控制，为了对系统启动时产生的直流电压超调量进行有效抑制，可以在第一级控制当中的所有换流站的相关直流线路侧添加直流过电压的相关控制模块。利用IGBT串联组成阵列，将这一阵列和直流侧电容器进行并联，在进行系统启动时假如直流电压突破了1.1倍额定电压，那么这一模块就会自动导通，利用和其串联在一起的相关消耗电阻减少直流侧过电压，从而避免电容被击穿，同时确保直流侧电压的持续稳定。
结束语：
本文依照VSC直流电网当中有关弱交流系统方面的功率传输稳定的相关问题，探讨了一种在VSC直流电网当中应用的有效分级控制方法。这种控制策略可以摆脱对直流电网相关拓扑结构的依赖。只考虑VSC换流站和交流强电网之间利用几条直流以及交流线路进行连接。凭借对VSC换流站方面的控制算法进行调整，设计直流电网方面的VSC所属的相关层级控制，提高了VSC直流电网当中关于弱交流连接系统方面的功率传输能力以及稳定性。
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