[发明专利]模块化多电平换流器的联网与孤岛运行控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种模块化多电平换流器的联网与孤岛运行控制方法及系统，在联网运行时工作在定有功‑无功功率控制模式下，在孤岛运行时工作在定交流频率‑交流电压控制模式，并且能够实现两种运行模式的无缝切换。在交流侧，采用自适应虚拟导纳和电流内环在联网‑孤岛切换过程中限制换流器的输出电流。在直流侧，设计了有功功率‑直流电流的双闭环控制，并在控制环中利用限幅环节和子模块总能量的前馈来实现联网和孤岛模式的无缝切换。在该控制策略下，模块化多电平换流器不需要增加额外的联网/孤岛检测环节即可实现联网和孤岛模式的无缝切换，且切换过程十分平滑，能够保证切换过程中孤岛电力系统的稳定运行。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电并网系统控制技术领域，具体地，涉及一种模块化多电平换流器的联网与孤岛运行控制方法及系统。

背景技术

针对孤岛电力系统的交直流混合供电系统，如图1所示，主要由孤岛负荷、新能源场站、交流海缆、交流主网以及柔直系统(包括孤岛侧柔直换流站、主网侧柔直换流站及直流海缆)组成，交流主网侧由柔直换流站将交流电转换为直流送出，再通过孤岛侧柔直换流站转换为交流向孤岛电网供电，同时交流主网与孤岛还有一条交流海缆连接，交流主网同时也能通过该条海缆向孤岛电网供电，当交流海缆因故障断开后，孤岛电网将仅由柔直系统供电。

该系统中，主网侧换流站主要工作在恒直流电压控制模式下，建立并维持直流输电的电压。对于孤岛侧换流站则有两种工作模式，交流海缆未断开时，称孤岛侧柔直换流站工作在联网模式，交流海缆断开后，称孤岛侧柔直换流站工作在孤岛模式。联网模式下孤岛侧柔直换流站需采用P-Q控制，通过锁相环跟踪电网相位，通过d/q轴解耦以及电压-电流双闭环控制来调节向孤岛系统提供的有功及无功功率。孤岛模式下孤岛侧柔直换流站需采用V-f控制，维持交流侧电压幅值与频率恒定，建立孤岛电力系统的电压。

当孤岛电网与交流主网间的交流海缆因突发故障而意外中断，则需要孤岛侧柔直换流站进行工作模式的切换，经对对现有技术的文献检索发现：

“凌卫家,孙维真,张静,董云龙.舟山多端柔性直流输电示范工程典型运行方式分析[J].电网技术，2016，40(06)：1751-1758.”中提出通过控保系统对关键电气量的测量来判别并切换控制模式，包括基于频率变化量的联网方式转为孤岛方式判别逻辑，以及基于桥臂电流的孤岛方式至联网方式判别逻辑。但这种控制策略依赖于控保系统的检测速度，当检测出现延迟时，极易引起孤岛电力系统的振荡。

“刘昇,徐政,唐庚,华文,张静.MMC-HVDC联网及孤岛运行状态转换策略[J].中国电机工程学报，2015，35(09)：2152-2161.”中提出了一种无需切换控制模式的孤岛侧柔直换流站下垂控制策略，但这种控制策略在联网时无法精确控制有功功率，在孤岛时交流频率会随着有功功率变化而波动，并且这种控制策略仍然采用交流电压外环-交流电流内环的双闭环结构，这种结构在交流侧无滤波电容的模块化多电平换流器中易引发稳定性问题，见文献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.报导。

公开号为CN111130141A的中国发明专利申请《一种用于柔性直流换流站联网与孤岛运行的切换控制器》，包括：信息采集模块和运行方式判断模块；信息采集模块，用于采集柔性直流换流站、联网运行控制器以及孤岛运行控制器的运行信息，将所述运行信息发送至运行方式判断模块；运行方式判断模块，接收信息采集模块发送的运行信息，根据所述运行信息向联网运行控制器和孤岛运行控制器发送运行指令，解决现有技术尚未有针对柔性直流换流站联网、孤岛运行切换的有效控制问题。但是该控制器仍然存在如下问题：