构网控制和柔直输电技术未来发展

主讲人：张利东工作单位：南网科研院时间：2023年10月24号 对具有构网能力的网接变流器的需求 电力系统安全运行依赖于同步电机的一些特性，比如 自同步惯性和快速频率反应系统强度支持使用PSS来稳定低频振荡 发电构成变化同步发电机逐步退出，而新能源发电比例在增加新能源发电比如风电和光伏都是通过变流器与系统连接目前电网里大多数网接变流器还在采用跟网控制模式，不具有电网支撑能力。 构网和跟网型控制 构网型控制器 构网变流器基本概念： ■和同步机类似的特性通过产生交流电压”构建一个电网”■不用通过锁相环与电力网实现同步 现存有很多不同的构网控制器 ■不同的优缺点没有最优的控制设计■应用场景决定了控制器的选择 跟网型控制器典型结构 这方面的研究还在进行中！ 跟网型控制简化结构 APC=有功功率控制器RPC=无功功率控制器 构网控制器的发展历史 传统矢量电流控制 传统的矢量电流控制最初应用在交流可调速电机控制，其中电机的力矩和速度可以完全解耦控制。早期的网接变流器都沿用了这一解耦控制思想来对变流器的有功和无功实现解耦控制。这种控制思想本质上是让网接变流器变成一个跟随电网的电流源负荷。如果连接电网很弱时，这种控制的难度急剧增加。 Inner current controller:n(s) dH+!'T'O! +(!- J)'T'O= A 功率同步控制(构网控制） 功率同步控制的核心是模拟发电机摇摆公式，传统的锁相环被功率同步环所取代。功率同步控制实现了对系统电压的直接支撑。构网控制可以更自然的模拟同步机的虚拟阻抗，惯性，阻尼等特性。在新能源占比增加的新型电力系统，具有构网能力的网接变流器可以替代同步发电机的功能。 功率同步控制故障穿越 功率同步控制基本结构同步环节实现矢量控制dg轴锁相和功 率控制，以及惯性阻尼模拟电压环节实现VSC电压直接控制限流环节实现故障限流穿越备用锁相环 变流器没有解锁前故障限流期间 弱交流系统定义 交流系统的机械惯量相对直流注入功率较低 交流系统的等效阻抗相对于直流连接点的直流功率较高. 等效惯量常数 短路比（SCR）■交流系统的短路容量／直流线路的额定功率■弱系统SCR<3 Hdc=H*所有旋转电机的额定功率／直流的额定功率对常规直流Hdc至少要求在2.0到3.0。 柔直连接高阻抗弱系统 系统建模■雅克比转移矩阵建模法可以清晰地给出被控对 象的特性。针对弱系统的控制架构 在弱系统，交流雅克比矩阵的非对角元素会增 加，当系统没有明确的惯性需求，构网控制可以采用多变量反馈控制架构以提高响应速度。控制器设计基本限制 交流雅克比矩阵的零点和直流雅克比矩阵的极 点都对控制器的设计有着根本的限制。电压控制模式 在弱系统连接中，电压控制模式要优于无功控 制模式。 柔直连接高阻抗弱系统的基本限制 直流雅克比矩阵的根本限制是右边的极点 交流雅克比矩阵的根本限制是右边的零点，当柔直传输功率增加，零点向原点移动反馈控制器的响应速度会受到零点的限制。Z 当柔直线路长度增加且传输功率增加，极点会向右侧移动反馈控制器的响应速度必须足够快来稳定系统 构网柔直应用1：使用功率同步控制连接两个极弱交流系统 使用功率同步控制的柔直能向系统直接提供电压支撑，所以对连接系统的短路比没有要求，非常适合对极弱系统的互连。传统矢量电流控制在系统短路比低于1.5时，控制系统就失去稳定。ABB在南部非洲的连接纳米比亚和赞比亚的CapriviLink使用了功率同步控制，控制器在送端短路比1.2，受端1.0的工况下实现稳定运行。