一种适用于风电送出的MMC-LCC型直流输电系统拓扑的制作方法

本发明属于混合直流输电技术领域，具体涉及一种大型风电场经mmc-lcc混合直流输电系统送出的典型系统拓扑及其控制方法。

背景技术：

传统电网换相换流器高压直流输电(lcc-hvdc)系统以输电容量大、有功功率快速可控、线路造价低、没有交流线路的对地电容电流等特点得到了广泛的认可和应用。随着新型全控型半导体器件––––绝缘栅双极型晶体管(igbt)的发展和应用，模块化多电平换流器高压直流输电(mmc-hvdc)系统得到了快速的发展。mmc-hvdc系统可以同时且相互的独立控制有功功率、无功功率，可以在无源逆变的方式下工作，受端系统可以是无源网络，目前在新能源并网接入方案中具有优势。现有混合直流输电系统拓扑整流侧多采用lcc，因此在风电场接入场景下需要外加换相电压，在远距离多端大型风电场并网送出场景下不具有竞争力和优势。

而在采用整流侧mmc，逆变侧lcc的混合多端直流输电系统时，mmc可以控制风电场侧交流电压，克服了lcc连接风电场时需要外加换相电压的缺点。虽然逆变侧采用lcc，当逆变侧交流系统发生故障时可能导致换相失败，但可以通过有效的控制减小其发生的概率。这种混合型直流输电系统相对于lcc-hvdc，可以为送端交流系统提供无功功率和电压支撑；相对于vsc-hvdc系统具有开关损耗低、投资少、技术成熟、控制简单等优点。在受端电网较强时，这种混合型直流输电系统在远距离风电场外送情况下具有明显的优势和竞争力，具备广泛的应用前景。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出一种适用于风电送出的mmc-lcc型直流输电系统拓扑，在风电场接入mmc后采用改进下垂控制，以减少新能源波动出力对系统的影响，具体步骤如下：

1)启动时，mmc1和mmc2采用定直流电压控制，lcc采用定直流电流控制启动；

2)当风电场接入mmc1与mmc2时，为保证风电功率稳定送出，并保证系统直流电压、电流、功率等被控制量保持在稳定极限内，实现风机的最大功率跟踪控制，需要有稳定的交流电压作为支撑，因此mmc1和mmc2采用改进下垂控制，lcc切换为定关断角控制。

启动过程中lcc定直流电流控制引入了低压限流环节(vdcol)在正常情况下，并不会发挥作用，它的主要作用是在直流电压或交流电压跌落到某个指定值时对直流电流指令进行限制，其可减小换相失败发生的可能性，帮助直流系统在交流或直流故障后快速恢复，避免连续换相失败引起的阀应力。

附图说明

图1为本发明提出的一种适用于风电送出的mmc-lcc型直流输电系统拓扑。

图2为mmc侧改进下垂控制图。

图3为直流电压比例系数的取值函数f(ud)。

具体实施方式

下面结合附图对发明进一步详细说明。

在系统正常启动后mmc1与mmc2侧并入风电场，此时控制方式有定电压控制转换为改进下垂控制如图2所示。图中ku为直流电压的比例系数，它是换流站直流电压ud的函数，为了抵抗控制器中静态波动的干扰，ku的取值函数f(ud)采用了滞回比较器。

直流电压比例系数的取值函数f(ud)如图3所示。图中：udh1和udh2分别为电压下垂控制器的上限动作电压以及恢复电压udl1和udl2分别为下垂控制器下限动作电压及恢复电压；kuref为直流电压比例系数指令值。该控制器直流电压的指令值udref的取值函数g(f(ud))：

lcc换流站作为一个直流电压主控制换流站，在稳态运行情况下起到直流电压稳定节点的作用。mmc1和mmc2站具备改进下垂控制器，在稳态运行时，mmc1和mmc2站的直流电压不会超过运行范围(udl1，udh1)，因此图2所示的改进下垂控制器中ku＝0，在lcc换流站功率越限或风电场并入系统产生电压波动情况下，此时lcc站失去了稳定直流电压的能力，mmc1和mmc2站将由定直流功率模式切换为改进下垂控制模式。

技术特征：

技术总结
本发明提出一种适用于风电送出的MMC‑LCC型直流输电系统拓扑及其控制方法，这种混合型直流输电系统相对于LCC‑HVDC系统，可以为送端交流系统提供无功功率和电压支撑；相对于VSC‑HVDC系统具有开关损耗低、投资少、技术成熟、控制简单等优点。在受端电网较强时，这种混合型直流输电系统在远距离风电场外送情况下具有明显的优势和竞争力，具备广泛的应用前景。当风电场接入MMC1与MMC2时，为保证风电功率稳定送出，并保证系统直流电压、电流、功率等被控制量保持在稳定极限内，实现风机的最大功率跟踪控制，需要有稳定的交流电压作为支撑。因此MMC1和MMC2采用改进下垂控制，LCC切换为定关断角控制。

技术研发人员：赵成勇;赵天一;胡淳珂;迟永宁;王志冰
受保护的技术使用者：华北电力大学;中国电力科学研究院有限公司;国家电网有限公司;国网江苏省电力有限公司
技术研发日：2019.05.09
技术公布日：2019.09.17