锡林郭勒电业局输电管理处 内蒙古锡林郭勒盟 026000
摘要：基于电压源换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission，VSC-HVDC)具有谐波含量少、有功无功独立灵活可控，功率调节反转迅速、可向弱交流电网或无源网络供电等优点，可广泛应用于交流电网互联、大规模新能源并网等领域。当电网采用VSC-HVDC异步互联后，可大幅降低两侧交流系统的相互影响，消除区域间的振荡现象并解决常规直流换相失败导致的系统暂态失稳问题。在VSC-HVDC异步互联电网中，若换流母线近区电网与主网联系薄弱，存在输电通道发生严重N-2故障后，形成VSC-HVDC带局域小网孤岛运行状态，此时损失的交流联络线功率全部由孤岛系统承担。由于孤岛电网转动惯量较小，且受限于机组调速器与VSC-HVDC附加频率控制的调节速度与幅度，此功率差额可能会导致孤岛系统频率失稳。因此需启动系统安全稳定的第二道防线———安稳控制措施快速调平孤岛内功率的不平衡，以保障联网转孤岛后系统能够稳定运行。
关键词：柔性直流输电系统；孤岛运行；稳控措施
引言
近年来国内外学术技术学院通过其灵活的控制功能所采用的柔性直流技术得到了广泛的应用和研究。到2016年，中国开发了上海柔性直流工程，南美柔性直流工程三面，上海柔性直流工程五面，对称双极双向直流和粉红色靠背工艺。制动电阻不再控制带有电源、频率和额定直流电压的制动电阻。但是，当柔性直流系统从孤岛上的直流运行或连接到较弱的系统时，在控制系统稳定性和动态性能方面存在缺点，因此岛屿系统中的交流频率必须从柔性直流保持下去。制动电阻用于控制交流电压和频率，当交流系统在未接地电网(电网)上运行时，变频器会进行开环控制，从而提高变频调速柜的运行效率。应当注意的是，灵活的直流直流系统必须在岛内闭环运行。
1柔性直流输电控制
1.1 VSC-HVDC系统控制
VSC-HVDC系统结构相对较为简单，两端电流站采取点对点的方式可以成功进行传输，初期这一工程大部分都是这种结构，然而其差异主要为直流侧的接线方式有所不一样。柔性直流系统当中，每一个换流站能够对有功以及无功分别进行控制，当中前者包括直流电、交流频率以及直流电流，后者包含交流电压以及无功率。在柔性直流系统当中，一定要有一端换流站通过定直流电压的方式，使其功率保持稳定；另外一端系统的换流站在不同的场合采取不同的方式，需要选择一组适宜的有功以及无功控制，进而能够实现有效控制。
1.2 VSC-MTDC系统控制策略
主要是由各种换流器的不同控制模式所决定的，当中包含有定有功功率控制、直流电压控制以及电压斜率控制，其中直流电压能够明确反映系统当中的有功平衡，保持其稳定性也是整个系统控制的核心问题。所以，能够将其分为单点直流电压控制以及多点直流电压控制；电压斜率控制由几个换流站一同调节系统不平衡功率，系统动态的响应速度相对较快，运行的有效性较高，然而却无法对有功输出进行精准控制，与此同时，有功功率输出的改变造成的系统直流电压波动相对比较大，进而造成其控制相对比较差。总而言之，VSC-MTDC系统控制的两个主要问题就是直流电压稳定控制以及换流站之间的功率有效分配。利用不同模式对换流站下垂系数进行调节，从而对换流站之间的功率分配进行有效调整，进而保证整个系统更加可靠和经济运行。
2稳控措施对比
2. 1系统电压对频率特性的影响
实际的暂态恢复过程更为复杂，故障形成孤岛后，系统电压完全由岛内机组提供，受机端电压恢复特性影响，系统频率的恢复特性也有所改变。fmax不仅取决于故障前交流联络线功率与孤岛内发电机组的总转动惯量，与系统电压也紧密相关。孤岛系统内电磁功率主要由负荷与柔直功率构成，分别对其受电压影响特性进行分析。1)负荷特性。负荷的静态特性模型如式(9)所示，将负荷用一定比例的恒定阻抗、恒定电流、恒定功率负荷拟合。
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式中，a+b+c=1。由式(9)可知，恒阻抗负荷比重a较大时，系统电压恢复过程中，V1＜V0，PL＜PL0，给机组带来一定的加速功率。且与短路后电压大幅度波动相比，频率只是在额定值附近小幅度变化，时段2内可忽略其调频特性。2)VSC-HVDC附加控制策略。交流侧发生短路故障时，为了避免过流导致换流器闭锁，VSCHVDC将启用交流故障穿越控制，即根据交流电压跌落程度进行等比限值内环电流，因此，V1＜V0时，PDC＜PDC0，流入时减小加速功率，流出时增加加速功率。VSC-HVDC在此控制策略下的功率特性不仅与电压低落程度、比值系数相关，与有功功率参考值也有关。
2.2孤岛闭环控制下的启动控制
如果制动电阻可以在无源模式下切换到闭环控制中，则当开关点处于无源模式时，没有跳线步骤；如果额定电源被禁用，则增大回路控制的电压会导致额定电压增加；如果达到初始电压，则增大电流的额定电压或高频。要解决这两个问题，请使用以下步骤启用图2最左侧的参考应力U* LD和U* LQ。本文给出了使用解锁电压U* LD的指导方针，该指导方针指向轴段的输出:释放的初始值为0(默认值)，输出上升速度较快，z。例如，如果设置为10s-1.20 ms，则在上升趋势后速度会减慢，例如S7-1200可编程控制器。
2.3稳控措施对比
前文分析了系统电压对频率暂态特性的影响，并指出频率峰值fmax并非出现在稳控动作时，而是之后。在发电机励磁以及VSC-HVDC无功控制策略确定的情况下，采取不同的稳控措施对频率的暂态特性也有改善作用。
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切机后系统惯量变小，因此转速变化更快。但功率紧急控制受斜率限制，有ΔPm＞ΔPDC，因此ΔP1＜ΔP2。对采取切机和功率紧急控制两种稳控策略进行仿真对比。根据仿真结果分析可知，采取切机措施来平衡功率盈余速度更快，频率的暂态特性要比采取功率紧急控制好。
结束语
1)针对柔直异步联网换流母线近区电网与主网联系薄弱，严重故障后形成柔直带局域电网孤岛运行的工况，提出了不同运行方式下保障联网转孤岛稳定运行的详细稳控策略。2)针对故障后功率盈缺导致的孤岛系统频率问题，提出了频率暂态特性的影响因素有交流联络线功率、岛内机组转动惯量与系统电压。采用时域仿真分析法分析了系统电压对频率暂态特性的影响，并对比了切机与柔直紧急功率控制两种稳控措施的优劣，指出联网转孤岛情况下切机要比功率紧急控制更具优势。虽然采用该改进限制故障电流的方法可以在孤岛运行工况下限制短路电流，但该电流大小与交流系统保护的配合仍有待进一步深入研究。
参考文献
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