一种LCC-MMC三端混合柔性可再生能源远程外送方法与流程

本发明属于高比例风电、光伏接入的电力系统，跨区域、远距离外送消纳领域，具体涉及一种lcc-mmc三端混合柔性可再生能源远程外送方法。

背景技术：

甘肃位于我国新丝绸之路经济带咽喉、新能源基地群枢纽、能源输送走廊，具有建设以“特高压电网+智能电网+新能源”为特征的高比例新能源基地独特的优势，近期国家能源局批准甘肃建设国家新能源综合示范区。2018年截至12月底，全省新能源占全网装机比例高达40.68％，新能源成为甘肃第一大主力电源，考虑水电装机后新能源占全网装机比例高达58.6％。

风电、光伏等可再生能源发电具有间歇性、随机性、可调度性差的特点，大规模接入后对电力系统外送特性会产生较大的影响。例如：频率、电压和传输功率等。此外，我国风电从初始就出现大规模、高集中开发和远距离、高电压的输送要求，呈现出与国外风电发展模式显著不同的特点，由此带来的电网技术和经济问题尤为突出，更为复杂。地处偏远的风电基地大多遭遇送出瓶颈，限电问题十分严重，据st.clair曲线，当输电距离超过700km后不加串联补偿的交流输电已不可能达到其自然功率，导致输电能力下降。因此即使对于1000kv特高压交流输电线路不加串联补偿装置，其输电容量也不会超过其自然功率，为了解决上述问题一般考虑用高于直流输电方式，如酒湖直流输电工程等。但是，对于常规直流输电而言，多直流馈入问题，严重影响安全稳定，进而提出利用混合柔性直流输电技术lcc-mmc-hvdc以增强电网稳定性，提高输电能力。采用lcc-mmc混合型柔性直流输电技术时，受端系统不存在换相失败问题所以，不会引起多个换流站同时发生换相失败问题，可以解决多直流馈入问题，同时mmc可向受端系统提供动态无功支撑，保证受端系统电压稳定性。

技术实现要素：

针对河西地区电网，大规模新能源跨区域远距离外送时利用混合柔性直流技术lcc-mmc实现电能的远距离、大容量输送，结合lcc-hvdc和mmc-hvdc的各自优势，整流侧为lcc、逆变侧为mmc的混合直流输电系统具有可消除传统直流输电逆变侧存在的换相失败问题，本发明提供了一种lcc-mmc三端混合柔性可再生能源远程外送方法，达到减小多馈入直流系统发生连续换相失败的概率、降低制造成本的目的。

本发明采用的技术方案如下所述：

一种lcc-mmc三端混合柔性可再生能源远程外送方法，包括以下步骤：

s1、以实际运行的lcc-mmc云广直流工程为背景，在送端系统接入新能源，受端系统为换流站，搭建模型；

s2、送端系统整流侧定直流电流控制，调整电路至正常值；

s3、受端系统内环电流控制；

s4、受端系统外环电流控制。

所述s1中，在送端系统中接入50％新能源。

所述s2中，送端系统整流侧定直流电流满足，

式中：id为线路直流电流，vdor、vdoi分别为整流侧和逆变侧换流变压器的阀侧空载电压，rdr为直流线路电阻，rcr、rci分别为整流器、逆变器的等效换相电阻α为整流器的延迟角γ为逆变器的关断角。

所述s3中，内环电流控制分为正序电流控制器控制的输入变量控制、负序电流控制器控制的输入变量控制、正序dq轴电流分量的动态控制和负序dq轴电流分量的动态控制。

正序电流控制器的输入变量满足，

负序电流控制器的输入变量取值满足，

正序dq轴电流分量的动态表达式为

负序dq轴电流分量的动态表达式为，

式中，与为状态变量；为扰动分量；为输入变量；为电压耦合补偿项；为交流电网电压前馈项。

所述s4中，受端系统外环电流控制的负序电流的参考值设为零。

所述负序电流的参考值设为零时，根据有功和无功功率参考值解出正序dq轴电流参考值分别为，

式中：p^*有功功率参考值，q^*为无功功率参考值，分别为dq轴参考电流

所述s4中，受端系统外环电流控制的正序电流考值表达式为

式中：udc为系统实际电压，为基准值电压，kp5为比例系数

本发明的有益效果为：本发明提出针对河西地区电网，大规模新能源跨区域远距离外送时利用混合柔性直流技术lcc-mmc实现电能的远距离、大容量输送，结合lcc-hvdc和mmc-hvdc的各自优势，整流侧为lcc、逆变侧为mmc的混合直流输电系统具有可消除传统直流输电逆变侧存在的换相失败问题、减小多馈入直流系统发生连续换相失败的概率、降低制造成本。

三端结构可以实现新能源多区域外送，解决了传统直流输电单一的“点对点”传输模式，受端系统采用nlm调制方式，使得受端系统电能质量得到改善。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为三端混合柔性直流输电拓扑结构；

图3为风电、光伏、火电打捆电源利用三端混合柔性输电技术lcc-mmc外送模型；

图4为mmc子模块(sm)拓扑结构图；

图5为mmc工作原理图；

图6为正序和负序内环电流控制器结构框图；

图7为外环电流控制框图；

图8为mmc工作状态图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术方案：

实施例1

三端混合柔性直流输电拓扑结构如图2所示，

整流侧数学模型如式(1)所示，

其中，uad为换流器侧空载线电压有效值，ur为整流站直流电压；ir为换流器输出直流电流；pad为直流输出功率；qad换流器所需无功功率；xr为每相电抗；α为触发角；μ为换相重叠角。

逆变侧数学模型如下式(2)、(3)所示，

其中，pi、qi分别为交流系统注入mmc的有功功率，pdci为换流器的直流输出功率，idi为mmc输出直流电流，ipk、icirck分别为k相桥臂电流和环流k取三相交流系统当中的某一相；ik为换流器交流侧k相电流瞬时值。

如图4所示为一个子模块(sm)的拓扑结构，t1和t2代表igbt，d1和d2代表反并联二极管，c0代表子模块的直流侧电容器；uc为电容器的电压，usm为子模块两端的电压，ism为流入子模块的电流，各物理量的参考方向如图中所示。由图6可知，每个子模块有一个连接端口用于串联接入主电路拓扑，而mmc通过各个子模块的直流侧电容电压来支撑直流母线的电压。分析可知，子模块共有三种工作状态，见图8。根据子模块上下桥臂igbt的开通状态和电流方向，可分为6个工作模式。当t1和t2都加关断信号时，为工作状态1存在两种工作模式，分别为模式1和模式4，取决于反并联二极管d1和d2中哪一个导通，电流经过d1向电容器充电；对应于模式4，d2导通，电流经过d2将电容器旁路。此种工作状态称为非正常工作状态，用于mmc启动时向子模块电容器充电，或者在故障时将子模块电容器旁路。

当t1加开通信而t2加关断信号时，称为工作状态2，此时t2因加关断信号而处于关断状态，d2因承受反向电压也处于关断状态。工作状态2同样存在着两种工作模式分别为模式2和模式5，取决于子模块电流的流动方向。对应于模式2，此时的d1处于导通状态，而t1承受反向电压，尽管施加了开通信号，仍然处于关断状态，电流经过d1向电容器充电。对应于模式5，此时t1处于导通状态，而d1承受反向电压处于关断状态，电流经过t1使得电容器放电。当子模块处于工作状态2时，直流侧电容器总是被接入主电路中(充电或者放电)，子模块输出电压为电容电压uc。当t1加关断信号而t2加开通信号时，称为工作状态3，此时t1因加关断信号而处于关断状态，d1因承受反向电压也处于关断状态。工作状态3同样存在着两种工作模式分别为模式3和模式6，取决于子模块电流的流动方向。对应于模式3，此时的处于导通状态，而承受反向电压，电流经过将电容器旁路。对应于模式6，此时处于导通状态，而承受反向电压，尽管施加了开通信号，仍然处于关断状态，电流经过使得电容器放电将电容器旁路。当子模块处于工作状态3时，子模块输出电压为电容电压为零，即子模块被旁路出主电路。

以实际工程为背景，拟建混合三端交流系统电压500kv，频率50hz，换流站1为双极12脉动lcc换流站，换流站b和换流站c均为双极mmc21电平换流站，直流线路电压等级正负800kv，换流站b采用定直流电压和定交流电压控制，换流站c采用定有功和定交流电压控制。输送功率为换流站a8000mw，换流b为-5000mw，换流站c为-3000mw。故障切除后mmc会闭锁，如果修改闭锁，需要修改闭锁逻辑。

步骤2：整流侧定电流控制

定直流电流控制是指，由于故障等原因导致，直流线路上直流电流的变化，快速将电流调整到正常值。直流电流值满足如下式(4)关系，

其中，id为线路直流电流，vdor、vdoi分别为整流侧和逆变侧换流变压器的阀侧空载电压，rdr为直流线路电阻，rcr、rci分别为整流器、逆变器的等效换相电阻α为整流器的延迟角γ为逆变器的关断角。

步骤3：mmc的内环电流控制方法

与为状态变量，是扰动分量则为输入变量，可见d、q轴之间存在耦合。引入电压耦合补偿项以及交流电网电压前馈项采用比例积分(pi)控制时可得到正序电流控制器的输入变量取值满足式(5)关系，

同理，也可以得到负序电流控制器的输入变量取值满足式(6)关系，

将式(5)代入式(7)可得正序dq轴电流分量的动态表达式(8)，

将式(6)带入式(7)可得到负序dq轴电流分量的动态表达式(9)，

步骤4：mmc的外环电流控制方法

内环电流控制器的作用是让和跟踪其参考值，而外环控制器则根据有功和无功功率以及直流电压等参考值，计算内环电流参考值。为了抑制负序电流，防止电力电子器件过电流，可以将负序电流的参考值设为零，

当负序电流为零时，根据有功和无功功率参考值解出正序dq轴电流参考值分别为，

当采用定直流电压控制时，可以根据直流电压参考值得到正序d轴电流参考值，

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。