MMC-STATCOM应用于祁韶直流的无功补偿特性研究

我国地大物博,资源和人口分布不匹配;在‘一带一路'以及全球能源互联的发展形势下,结合特高压输电的优势,其可以满足我国现阶段能源输送要求。传统的HVDC通常在换流站交流侧配置相应容量的无功电容器组进行无功补偿。然而当直流输送容量相对较大、受端交流系统的强度较弱时,静态无功补偿装置并不能提高系统的动态无功补偿能力,直流系统在发生大扰动时系统的暂态电压稳定性将面临严峻考验。因此,为了提高系统的稳定性和电能质量,在诸多已经建成的实际工程中,国家电网规划在HVDC系统的弱交流系统侧换流站内配置动态无功补偿装置。为了保证电力系统电压的稳定性以及电能质量,静止同步补偿器(STATCOM)作为动态无功补偿的中流砥柱被提了出来,并且很快被广泛应用,但是由于本身固有的拓扑结构限制了逆变装置的耐压水平。模块化多电平(MMC)是一种新型的拓扑结构变流器,通过子模块的串联能够在理论上满足大功率和高耐压水平的需求,将该种拓扑结构应用于STATCOM能够满足高压大功率的需求,改善电能质量。针对上述问题,本文以±800kV祁连山-韶山特高压直流输电系统为主体,根据实际工程参数在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型，对直流侧接地故障、送受端换流母线接地故障工况进行仿真实验,结果表明在只有静态无功补偿时,系统的换流母线电压稳定性较差,容易出现换相失败。进而在分析了 MMC-STATCOM大容量动态无功补偿方式的优点之后,建立了其拓扑结构和控制模型并应用到祁韶特高压直流输电系统的换流站内;紧接着对其无功补偿结果进行分析,相较于静态无功补偿和小容量的传统STATCOM,该方式较好的提高了系统的稳定性,有效的改善了换相失败。但是传统双闭环控制下存在参数整定困难、适应性差、外环电压控制速度缓慢和MMC换流器内部容易出现环流等一系列问题。针对上述问题,本文对MMC-STATCOM的控制器创新性的设计了一种改进控制策略:将双闭环控制全部更换为了滑模控制器控制外环电压、内模控制器解耦控制内环电流,并且增加了环流抑制方案。最后将其应用到韶山换流站中,对其进行建模仿真,并将改进控制策略与传统控制策略在不同工况下的补偿效果进行对比分析,表明该改进控制策略的合理性以及有效性。