交直流混合配电网互联变换器控制策略研究

“双碳”背景下,随着高比例分布式新能源、储能接入配电网,及数据中心、电动汽车、变频设备为代表的广义直流负荷的快速增长,传统的交流配电网运行模式受到了挑战,新能源消纳能力明显不足。交直流混合配电网因可实现各类交直流源荷的高效接入和友好互联,提高系统供电灵活性和电能质量,成为新型电力系统建设背景下的发展方向。电压源变换器作为交直流网络互联的关键设备,其灵活多样的控制策略提高了交直流混合配电网的可控性和灵活性,合理的互联变换器控制策略对提高不同运行工况下的系统运行性能至关重要。本文以交直流混合配电网中的互联变换器为研究对象,重点对系统强度变化、多构网型控制互联变换器协同运行工况下的互联变换器运行特点和控制策略等内容展开研究,主要工作包括:(1)针对交直流混合配电网,阐述了互联变换器、直流变压器、光伏、储能等关键设备的工作原理,并在此基础上对其进行了建模,重点研究了互联变换器的电流矢量控制原理以及不同控制方式下的互联变换器控制系统设计。为给互联变换器的控制策略实现、控制模式切换后的控制目标调整提供数据基础,在考虑系统中各类变换器不同控制方式的基础上,建立了交直流混合配电网的潮流模型,并提出了考虑多种变换器控制方式的潮流计算方法。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建交直流混合配电网仿真模型并在MATLAB中编写潮流计算程序,通过对比分析验证了所提潮流计算方法的有效性。(2)通过对比分析电流矢量控制与功率同步控制两种典型跟网型控制与构网型控制在不同电网强度下的小信号和暂态稳定性差异,考虑到仅配备一种控制模式的互联变换器在交流系统强度宽范围波动下运行稳定性和灵活性将严重受限,提出可切换的互联变换器双模式控制方案。通过分析电流矢量控制模式与功率同步控制模式切换过程中产生扰动的关键因素,提出以抑制相位角和电流指令值突变为手段的互联变换器控制模式平滑切换策略,并通过在功率同步环增加功率前馈环节进一步削弱了系统强度变化带来的扰动。基于仿真模型验证了所提互联变换器控制模式平滑切换策略的有效性与正确性。(3)针对多功率同步控制变换器协同运行产生的功频振荡问题,基于交直流混合配电网中多功率同步控制互联变换器协同向失电区域进行负荷转供电的典型场景,建立了系统的小信号模型,在此基础上,对互联变换器参数变化以及线路参数变化对功频振荡特性的影响进行了分析,提出一种基于附加阻尼环节的功频振荡阻尼策略,并通过小信号模型分析了功频振荡阻尼策略中各参数对系统稳定性的影响。基于仿真模型验证了所提功频振荡阻尼策略可以有效抑制多功率同步控制变换器协同运行时产生的功频振荡。