[發明專利]模塊化多電平換流器的聯網與孤島運行控制方法及系統

在審

• 申請號: 202210760872.2
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115021319A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 劉黎;蔡旭;俞恩科;詹志雄;饒友元;楊仁炘
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;國網浙江省電力有限公司舟山供電公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/48;H02J3/50;H02J3/16;H02J3/36
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;劉翠

本發明提供了一種模塊化多電平換流器的聯網與孤島運行控制方法及系統，在聯網運行時工作在定有功?無功功率控制模式下，在孤島運行時工作在定交流頻率?交流電壓控制模式，并且能夠實現兩種運行模式的無縫切換。在交流側，采用自適應虛擬導納和電流內環在聯網?孤島切換過程中限制換流器的輸出電流。在直流側，設計了有功功率?直流電流的雙閉環控制，并在控制環中利用限幅環節和子模塊總能量的前饋來實現聯網和孤島模式的無縫切換。在該控制策略下，模塊化多電平換流器不需要增加額外的聯網/孤島檢測環節即可實現聯網和孤島模式的無縫切換，且切換過程十分平滑，能夠保證切換過程中孤島電力系統的穩定運行。

技術領域

本發明涉及柔性直流輸電并網系統控制技術領域，具體地，涉及一種模塊化多電平換流器的聯網與孤島運行控制方法及系統。

背景技術

針對孤島電力系統的交直流混合供電系統，如圖1所示，主要由孤島負荷、新能源場站、交流海纜、交流主網以及柔直系統(包括孤島側柔直換流站、主網側柔直換流站及直流海纜)組成，交流主網側由柔直換流站將交流電轉換為直流送出，再通過孤島側柔直換流站轉換為交流向孤島電網供電，同時交流主網與孤島還有一條交流海纜連接，交流主網同時也能通過該條海纜向孤島電網供電，當交流海纜因故障斷開后，孤島電網將僅由柔直系統供電。

該系統中，主網側換流站主要工作在恒直流電壓控制模式下，建立并維持直流輸電的電壓。對于孤島側換流站則有兩種工作模式，交流海纜未斷開時，稱孤島側柔直換流站工作在聯網模式，交流海纜斷開后，稱孤島側柔直換流站工作在孤島模式。聯網模式下孤島側柔直換流站需采用P-Q控制，通過鎖相環跟蹤電網相位，通過d/q軸解耦以及電壓-電流雙閉環控制來調節向孤島系統提供的有功及無功功率。孤島模式下孤島側柔直換流站需采用V-f控制，維持交流側電壓幅值與頻率恒定，建立孤島電力系統的電壓。

當孤島電網與交流主網間的交流海纜因突發故障而意外中斷，則需要孤島側柔直換流站進行工作模式的切換，經對對現有技術的文獻檢索發現：

“凌衛家,孫維真,張靜,董云龍.舟山多端柔性直流輸電示范工程典型運行方式分析[J].電網技術，2016，40(06)：1751-1758.”中提出通過控保系統對關鍵電氣量的測量來判別并切換控制模式，包括基于頻率變化量的聯網方式轉為孤島方式判別邏輯，以及基于橋臂電流的孤島方式至聯網方式判別邏輯。但這種控制策略依賴于控保系統的檢測速度，當檢測出現延遲時，極易引起孤島電力系統的振蕩。

“劉昇,徐政,唐庚,華文,張靜.MMC-HVDC聯網及孤島運行狀態轉換策略[J].中國電機工程學報，2015，35(09)：2152-2161.”中提出了一種無需切換控制模式的孤島側柔直換流站下垂控制策略，但這種控制策略在聯網時無法精確控制有功功率，在孤島時交流頻率會隨著有功功率變化而波動，并且這種控制策略仍然采用交流電壓外環-交流電流內環的雙閉環結構，這種結構在交流側無濾波電容的模塊化多電平換流器中易引發穩定性問題，見文獻Freytes J，Li J，de Préville G，et al.Grid-forming control with currentlimitation for MMC under unbalanced fault ride-through[J].IEEE Transactionson Power Delivery，2021，36(3)：1914-1916.報導。

公開號為CN111130141A的中國發明專利申請《一種用于柔性直流換流站聯網與孤島運行的切換控制器》，包括：信息采集模塊和運行方式判斷模塊；信息采集模塊，用于采集柔性直流換流站、聯網運行控制器以及孤島運行控制器的運行信息，將所述運行信息發送至運行方式判斷模塊；運行方式判斷模塊，接收信息采集模塊發送的運行信息，根據所述運行信息向聯網運行控制器和孤島運行控制器發送運行指令，解決現有技術尚未有針對柔性直流換流站聯網、孤島運行切換的有效控制問題。但是該控制器仍然存在如下問題：