基于两电平级联的柔性高压直流输电控制策略研究.docx

基于两电平级联的柔性高压直流输电控制策略研究袁思远(国网上海电力公司嘉定供电公司，上海201800)摘要:介绍了多种换流器结构在柔性高压直流输电系统(VSC-HVDC)中的应用，阐述了基于两电平级联结构的换流器拓扑结构及工作原理，在此基础上提出相应的调制方式和系统控制策略，并建立了仿真模型对控制策略进行验证。关键词:柔性高压直流输电;两电平级联;控制策略;电容电压均衡中图分类号:TM761文献标志码:A文章编号:2095-8188(2014)22-0038-06袁思远(1986—)，男，研究方向为智能社区运行模式的分析、分布式元件的即插即用、需求侧响应等。ControlStrategyＲesearchofVSC-HVDCBasedonCascadedTwo-LevelConverterYUANSiyuan，PENGSiwei，ZHOUPing(JiadingPowerSupplyCompany，ShanghaiMunicipalElectricPowerCompany，Shanghai201800，China)Abstract:ThispaperintroducedtheapplicationofvariousofconvertersinVSC-HVDC．Thetopologystructureandworkingprincipleofcascadedtwo-levelvoltagesourceconverterwereelaborated．Asuitablecontrolstrategybasedoncascadedtwo-levelconverterwasproposedandverifiedbysimulation．Keywords:VSC-HVDC;cascadedtwo-level;controlstrategy;capacitancevoltage-balancing本文基于两电平级联换流器，在推导两电平级联换流器数学模型基础上，选择了适当的调制方式和子模块电容电压均衡优化算法，在此基础上设计了两电平级联型VSC-HVDC系统的控制策略，在PSCAD/EMTDC仿真软件中对该控制系统进行了仿真验证，并对仿真结果进行了分析。0引言随着全控型电力电子器件和PWM技术的发展，使得基于电压源型换流器(VSC)的柔性直流输电大规模应用成为了可能［1-2］。柔性直流输电具有可向无源系统供电、不增加系统短路容量以及与分布式能源有效并网等优点［3］，为直流输电技术开辟了更广阔的应用空间。在众多的VSC结构中，两电平或三电平结构的VSC易受到单个开关器件耐压限制，且对器件开断一致性、串联均压特性要求较高［4］。西门子的模块化多电平换流器(MMC)可以通过调整子模块串联个数实现电压及功率等级的变化，具有减少谐波、降低器件开关频率和易扩展等优点［5-6］，得到了广泛研究和应用，但随着电压和功率的提高，模块数将成比例提高，给换流器控制带来了很大困难［7］。某公司开发了一种基于两电平级联的VSC-HVDC技术［8］，较MMC具有简化控制系统和保护系统的优点，且减少了硬件投资，经济性较好。—38—11．1两电平级联换流器的基本原理两电平级联VSC的拓扑结构基于两电平级联结构的VSC-HVDC如图1所示，其拓扑结构与MMC相似，由三相6桥臂构成，每个桥臂由一个电抗器LS及n个子模块串联构成。该拓扑与MMC区别在于每个子模块内部的电力电子器件均采用直接串联型压装式IGBT。当一个IGBT故障时，该IGBT处于短路失效模式，其他IGBT可正常工作，无需像MMC结构要增加保护晶闸管和快速旁路开关等［7］。此外，压装式子模块耐压性较好，各IGBT状态更趋于一致，降低了控制难度。子模块结构及等值模型如图2所示。·配网技术与系统·电器与能效管理技术(2014No．22)其中:第i个子模块上下IGBT的开关状态分别是si1和si2，1表示开通，0表示关断，UC为子模块电容电压。1．2两电平级联VSC的数学模型如图1所示，根据基尔霍夫电路定律，可以得到第i(i=a，b，c)相上下桥臂电压状态方程:udcdiipdii=uip+L+Ｒsii+(Ls+Ltr)+uis2dtdt(1)udcdiindii=－uin－L+Ｒsii+(Ls+Ltr)+uis－2dtdt(2)图1两电平级联VSC结构图式中:iip、iin———i相上下桥臂电流;uip、uin———i相上下桥臂子模块电压总和;ii———交流侧i相电流;Ｒs———桥臂、变压器和交流系统的等值电阻;udc———直流电压;Ls、Ltr———系统等值电感和变压器等值漏抗。其中，上下桥臂电流与i相电流关系:iip－iin=ii(3)将式(1)、式(2)相加，并代入式(3)，可得diiuin－uip(L/2+Ls+L