摘要：柔性直流输电作为新一代直流输电技术，目前被认为是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式，也是构建未来智能化输电网络的关键技术。柔性直流输电系统的控制是影响输电系统运行性能的关键因素之一。为此，针对柔性直流输电系统控制进行研究，首先概述了两端柔性直流输电系统接线及控制方式，着重分析了多端柔性直流输电系统的拓扑结构及其优缺点，介绍了多端柔性直流系统协调控制和功率优化控制的主要方法。然后讨论了柔性直流输电系统附加控制的多种方法，并分析了风电接入下柔性直流输电系统的控制。最后对未来直流电网构建中柔性直流输电控制技术的研究方向提出了一些建议，为后续的研究工作提供参考。
关键词：柔性直流输电；系统控制；协调控制
1前言：
柔性直流输电是一种新型直流输电技术，可以快速独立地控制与交流系统交换的有功和无功功率，控制公共连接点的交流电压，潮流反转方便灵活，可以自换相，具有提高交流系统电压稳定性、功角稳定性、降低损耗、事故后快速恢复等功能。直流控制保护系统是柔性直流输电工程的核心，对保证其性能和安全至关重要。
目前，柔性直流输电系统控制保护的工程经验比较少，对控制保护的系统方案进行研究对工程应用具有指导意义。柔性直流输电系统控制保护与传统直流输电系统控制保护存在较大的不同，在性能和快速性上具有更高的要求。传统直流输电系统的控制速度要求在毫秒级，柔性直流输电系统的要求要高一个数量级，且控制保护功能更复杂。
2柔性直流输电系统基本控制策略
无论是基于两电平、三电平拓扑结构还是基于模块化多电平拓扑结构的柔性直流输电系统，其基本控制策略都可采用基于直接电流控制的矢量控制方法。关键是适应柔性直流输电系统控制保护快速性、高性能的要求，具有快速的电流响应特性和良好的内在限流能力。本文所设计的矢量控制方法由外环控制策略和内环电流控制策略组成。外环控制产生参考电流指令，内环电流控制产生期望的参考电压。两者的功能要求如下。
2.1内环电流控制
内环电流控制产生换流器输出的三相电压参考值，并以此作为调制信号控制换流器的输出交流电压和交流电流。考虑到交流电流依赖于换相电抗器上的电压降，内环电流控制本质上是调节换相电抗器上的电压降。
内环电流控制可采取适合工程实现的无差拍控制方式，其控制原理如图1所示，包括交流母线电压的前馈、决定换相电抗器上压降的电流指令的前馈和交流电流的反馈控制。使用交流电流反馈控制的必要性在于电抗器的值不一定准确，并且交流侧母线电压测量也不可能100％精确。
对于基于模块化多电平技术的换流器，需要对换流阀同一相各个子模块电容电压的均衡和换流阀环流进行控制。子模块电容电压的平衡控制根据桥臂电流的方向来选择子模块导通或者关断的状态。当需要减小子模块电容电压时，子模块的导通状态应当选择在桥臂电流放电期间使电容放电；当需要增大直流电容电压时，子模块的导通状态应当选择在桥臂电流充电期间使电容充电；从而实现子模块的电压平衡。换流阀环流控制是用来抑制多电平换流器相间流动的具有负序二倍频特性的环流。环流产生的主要机理为各相子模块电压和不平衡，因此换流阀环流控制的关键是要实现各相子模块电压和平衡。
2.2外环控制
外环控制计算换流器内环电流控制需要的交流电流指令值，主要包括直流电压参考值调节、有功功率参考值调节、有功功率控制、直流电压控制、交流电压控制、无功功率控制、电流指令计算及限幅等功能模块。
直流电压参考值调节的目的是优化直流输电系统运行工况，使换流器的损耗最小，该控制功能需与变压器分接头调节相配合。
有功功率参考值通常由运行人员手动设置，以维持直流输电系统传输的有功功率恒定。当频率控制功能投入时，有功功率参考值将根据系统频率的偏差控制进行调节，在这种情况下，频率控制将可以保持风电场的频率恒定。在交流系统发生故障时有功功率参考调节应自动进行调节来保持直流侧的电压在可控范围内，避免出现危及设备安全的情况。有功功率控制是直流输电系统的主要控制模式，在这种运行模式下，控制系统通常根据有功功率参考值控制换流器与交流系统交换的有功功率。在有功功率控制下，为了保持直流输电系统输送功率恒定，控制系统通过对电流的相应调整来补偿电压的波动。
直流电压控制产生的电流指令控制流过换流器的有功功率的大小，保持直流侧电压为设定值，在柔性直流输电系统中，通常选取一个换流站进行直流电压控制。
交流电压控制产生换流器的无功功率指令，并由两个换流站独立进行控制，该参考值可以由运行人员输人。利用交流电压控制可以实现换流变压器网侧交流电压的控制。恒定交流电压控制可以有效抑制网侧交流电压的波动。如果由于换流器容量的限制，而不能维持系统节点电压不变，通常可采用斜率控制。
无功功率控制可以使直流输电系统产生的无功功率维持在期望的参考值，该参考值可以由运行人员输入。无功功率控制作为稳态运行调节功能。无功功率控制速度设计得比交流电压控制速度要慢，交流电压控制比无功功率控制具有更高的优先级，在交流系统电压扰动时，交流电压控制将暂时取代无功功率控制以保证交流电压恒定。
电流指令由功率指令根据如下公式计算得到：
柔性直流输电系统作为一个完整的功率传输系统，换流站间有功功率的控制必须协调，以保障有功功率的平衡。这个协调功能可以不依赖于站间通信。换流站间有功功率的平衡是通过选择一端换流站控制直流侧电压，其他换流器控制有功功率来实现的。定直流电压控制可以使各换流站间有功功率传输自动平衡。当换流站与直流线路断开作为静止同步补偿装置（STATCOM）运行时，该换流站必须采用直流电压控制。
换流站无功功率的控制由各个换流站完全独立地完成，无功功率指令的期望值可以由交流侧电压产生，也可以手动设置。由于换流器额定容量的限制，每个换流站有功和无功功率的独立控制输出必须被限制在一个确定运行范围内。
柔性直流输电系统的连接变压器分接头控制用于维持换流器的调制度在允许最小调制度限值和最大调制度限值之间，以保证换流器合适的运行工况。
3.结束语
对于我国现在的电力行业发展来说，如何做好在柔性直流输电系统中找出一套适合的控制保护方法，将会给我们的电力行业发展带来巨大的便利。随着我国电力行业的不断发展，我们在不断地自身探索以及借鉴国内外先进经验技术的基础上，已经得到了很好的发展和进步，但是我们也需要不断正视我们在柔性直流输电控制保护工作方面依旧存在的问题，以及与他人的差距，我们需要不断地改进自身的缺点并弥补自身的不足，为我国的电力行业发展做出贡献。
参考文献：
[1]郭一鸣 . 柔性直流输电系统控制保护方案 [J]. 高压电技术，2015.
[2]李兴源，曾 琦，王渝红，张英敏 柔性直流输电系统控制研究综述 2016
论文作者:米志伟
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/31
标签：电压论文; 柔性论文; 功率论文; 系统论文; 电流论文; 参考值论文; 内环论文; 《防护工程》2019年8期论文;