【摘 要】
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基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的双极架空线柔性直流输电技术是实现大规模风电汇集和远距离外送的有效手段。由于风电采用孤岛方式接入的柔性直流输电系统具有低惯性、弱阻尼特性,直流短路后故障电流上升速度快、幅值大,故障切除困难,同时,故障后功率不平衡问题导致系统安全稳定运行风险增加。为了快速阻断直流故障电流、消纳故障隔离后的盈余功率,本文提出了一
【基金项目】
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国家电网公司科技发展计划项目《交直流混合中高压配电网系统规划及优化运行与控制关键技术研究》（项目编号:5102-201999343A-0-0-00）；
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基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的双极架空线柔性直流输电技术是实现大规模风电汇集和远距离外送的有效手段。由于风电采用孤岛方式接入的柔性直流输电系统具有低惯性、弱阻尼特性,直流短路后故障电流上升速度快、幅值大,故障切除困难,同时,故障后功率不平衡问题导致系统安全稳定运行风险增加。为了快速阻断直流故障电流、消纳故障隔离后的盈余功率,本文提出了一种集成能量耗散功能的改进电流转移型MMC（modified current-transferring MMC,M-CT-MMC）拓扑结构,使其同时具备直流故障阻断与能量耗散的功能,并设计了直流故障隔离后盈余功率消纳的源-网协调控制策略,实现了风电经柔性直流联网系统直流故障穿越。本文首先介绍了风电经柔性直流联网系统拓扑结构及其稳态运行时换流站与双馈风电机组的控制策略,详细分析了单极接地故障下的故障电流传播机理,提出了故障电流简化计算方法,并在仿真平台中搭建风电经柔性直流联网系统,对故障特性分析结果进行仿真验证,为后续设计故障电流阻断方法提供了理论依据。然后,提出了具有直流故障电流阻断能力的M-CT-MMC拓扑结构,该拓扑是在半桥型MMC基础上增加了阻断支路、线路耗能支路和桥臂吸收支路3部分支路,通过将桥臂吸收支路引出线互联构造三相中性点,有效避免了双极柔性直流输电系统中桥臂开关承受直流电压偏置的问题,从而减少器件使用数量。在投资成本上与常见半桥、全桥子模块等拓扑结构进行对比,得出该拓扑具有较好的实用性和经济性,并通过仿真平台验证了所提新型拓扑结构阻断故障电流的有效性。最后,基于直流故障隔离后的功率盈余特性分析,分别设计了自消纳工况和非自消纳工况下的盈余功率消纳控制策略。其中自消纳工况下,提出了基于双极MMC控制模式切换的功率转带策略,在提升非故障极功率转带能力的同时实现了故障极功率的自然转带;非自消纳工况下,分别提出了适用于盈余功率消纳的风电场精确减载控制策略和M-CT-MMC中桥臂支路耗散电阻的分组投切策略。在此基础上,综合考虑两者功率调节能力及响应速度差异,设计了基于风机减载-耗散电阻的协调控制策略,在减少风电机组切机概率的同时提升了系统恢复速度,有效提升了系统的直流故障穿越能力,并通过仿真验证了提出的盈余功率消纳控制策略的有效性和可行性。
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