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基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电控制系统设计

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资料介绍

为了设计并搭建基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(MMC-MTDC)控制系统.首先分析了模块化多电平换流器的基本原理,并基于此基本原理设计了阀组级控制器以及采用矢量控制的换流站级控制器.接着,设计了适用于MMC-MTDC的直流偏差控制器;最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中对所设计的控制系统进行仿真分析.仿真结果表明:控制系统实现了换流站的功率控制与交流电压控制,并且使得换流站具备了孤岛供电能力;在定直流电压换流站故障退出运行后,后备定直流电压换流站能够自动实现直流电压的偏差控制;各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC系统稳定、可靠地运行.

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高电压技术第39卷第11期2013年11月30

30，2013

High Voltage Engineering，V01．39，No．11．November

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电控制系统设计

唐

庚1，徐政1，薛英林1，顾益磊2，裘鹏2

(1．浙江大学电气工程学院，杭州310027；2．浙江省电力试验研究院，杭州310014)

摘要：为了设计并搭建基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(MMC—MTDC)控制系统。首先分析了模

块化多电平换流器的基本原理，并基于此基本原理设计了阀组级控制器以及采用矢量控制的换流站级控制器。接

着．设计了适用于MMC—MTDC的直流偏差控制器；最后，在PSCAD／EMTDC仿真软件中对所设计的控制系统进

行仿真分析。仿真结果表明：控制系统实现了换流站的功率控制与交流电压控制，并且使得换流站具备了孤岛供

电能力；在定直流电压换流站故障退出运行后，后备定直流电压换流站能够自动实现直流电压的偏差控制；各级控

制器间的相互配合使得所构建的MMC—MTDC系统稳定、可靠地运行。

关键词：模块化多电平换流器；多端柔性直流输电；阀组级控制器；换流站级控制器；孤岛供电；直流电压偏

差控制

文章编号：1003—6520(2013)11-2773—10

D01：10．3969／j．issn．1003—6520．2013．11．028

Control

of Multi—terminal HVDC Based on Modular Multilevel Converter

Design

TANG

Gen91，XU Zhen91，XUE Yinglinl，GU Yilei2，QIu Pen92

of Electrical

310027，China；

(1．College

Engineering，Zhejiang University，Hangzhou

Electric Power Test and Research

310014，China)

2．Zhejiang

Institute，Hangzhou

and established multilevel control

for modular multilevel

Abstract：We

system

converter(MMC)based

designed

of modular multilevel

multi—terminal HVDC

studied the basic

principles

system(MMC—MTDC)．Firstly，we

valve controllers and vector-control～based converter controllers．

converter(MMC)-and thereby designed

were

in multi—terminal HVDC

for MMC—

IX；voltage controllers。which

adaptable

systems

control

Secondly，we designed

the PSCADEMTDC_{software。we}simulated the

multilevel

control of

MTDC．Finally，by using

designed

control and the AC

voltage

power

system．The

enables

the

simulation indicates that

realizes

MMC。and

system

the

is removed from

MMCto

for isolated islands．Whenan MMCthat stabilizes DC

voltage

designed

supply power

stabilize the DC

automatically

DC error contr01．

voltage

due tO

MMC

system

Controllers

fault，the

at all levels make the MMC—MTDC

both stable and reliable．

system

cooperation

multilevel

source

HVDC based on

words：modular

converter：multi—terminal

voltage

converters；valve

Key

error control

island

controller；converter controller；isolated

power supply；DC voltage

关频率低、谐波含量小、可以扩展至任意电平等优

点，因此成为了未来Ⅵ沿HⅥ)C工程的优选拓扑

之一。

引言

source converter，

随着电压源换流器(voltage

VSC)的快速发展，基于电压源换流器的直流输电系

统(VSC-HⅥ)C)已经成为了直流输电系统发展的主

流趋势[1。3]。在众多的电压源换流器拓扑中，2电平

换流器技术成熟，已经被应用于众多的直流输电系

统工程中。但是，由于其存在着开关频率高、损耗

大、电压及功率提升困难等缺点，且对串联器件的开

关一致性要求严格，所以，2电平换流器难以应用于

高压大功率的场合_‘5]。而由文献[6—7]所提出的基

于H半桥级联的模块化多电平换流器(MMC)，因开

source convert—

多端柔性直流输电系统(voltage

er multi-terminal

HvDC，VSC-MTDC)指的是在同一

直流网架下，含有2个以上Ⅵ℃换流站的柔性直流

输电系统。其最显著的特点在于能够实现多电源供

电、多落点受电。作为一种更为灵活、快捷的输电方

式，Ⅵ沿MⅡ)C在风电等新能源并网、构筑城市直

流配电网等领域将具有广阔的应用前景。

虽然多端柔性系统比两端柔性系统具有更高的

经济性与灵活性，但是其在控制器的设计上更为复

杂。VSC-MTDC系统运行稳定的重要前提是直流

电压的稳定，现有的文章中提出的VSC-Mn)C系统

级直流电压控制器分为带通信的控制以及无通信的

控制两大类。其中带通信的控制又称为主从控制，

基金资助项目：国家高技术研究发展计划(863计划)

(2012AA050205)。

National

Research and

Development

Project supported by

High—tech

of China(863

Program

Program)(2012AA050205)．

万方数据

高电压技术High Voltage Engineering

这种控制方式利用换流站间的通信系统实现直流电

压的稳定[8均]。无通信的控制分为直流电压斜率控

制以及直流电压偏差控制两种。直流电压斜率控制

器[9]中各个换流站功率与直流电压的关系曲线难以

确定，且其对换流站级控制器的性能要求较高，因此

控制的可靠性较低。直流电压偏差控制器的实质是

在定直流电压主站故障退出运行后，后备定直流电

压从站能够检测到直流电压的偏差并转入定直流电

压运行模式，保证了直流电压的稳定性[10。。同时由

于其设计简单，可靠性强，因此非常适用于多端柔性

直流输电场合[1 1。

中

“一麝lp—abJ豳／“p—bil豳i半pU

』

蛐￡。；三。；￡。；

o÷

}—H r。l

匕2

煮

蘸

Fig．1而pological

虞

图1 MMC的拓扑结构图

structure of the MMC

本文基于模块化多电平换流器，设计了多端柔

性直流输电控制系统。控制系统由3级控制器构

成，分别是阀组级控制器、换流站级控制器以及系统

级控制器。3级控制器协调配合，实现了MMGMT—

DC与交流系统之间的协调控制。最后，在PSCAD／

EMTDC仿真软件中对该控制器进行了仿真分析。

表1子模块的基本工作状态

modes _{of the SM}

"lhble

Operating

MMC的基本原理

1．1

MMC的拓扑结构

模块化多电平换流器的拓扑结构如图1所示。

其结构由三相6桥臂构成，每个桥臂由一个电抗器

L。及Ns。个子模块串联构成。每个子模块SM由两

个带有反向并联二极管DI、D2的绝缘栅双极型晶体

管(IGBT)T。、T2所组成的H半桥并联一个电容G

构成呲]。根据子模块IGBT开关状态的不同，子模

块SM的基本工作状态可以分为3种[13|，如表1所

示。其中乩为子模块电容电压。

，，一!兰竺二兰竺一

(5)

(6)

(7)

‰ 一——广5

L吐。+等；

R—R,r+譬。

可以'陶一。：、4写尉￡一--相形式，如下所示

“。。一(Uo+钞。)一E

Ld￡+Ri。；

1．2

MMC的数学模型

如图1所示，i。与i。分别是m(优一n，byf)相上

桥臂与下桥臂的电流，它们的和为优相的相电流i。

Usb m(‰ +vb)一L_d百ib+尼b；

(8)

“。。一(“。+珥)一E

Ldf+尉。。

(1)

i。一i。+i。。

式中：Ud。为极间直流电压；‰ 为m相交流电压，对／71

相的上下桥臂分别应用基尔霍夫电压定律(KvL)，

可以得到以下电压方程口4。：

对式(8)施以dq0坐标变换口引，叫为同步转速；

Ud、Usq为‰ 经过dq0变换后的d轴、q轴交流网侧

电压值；vd、％为‰ 经过dq0变换后的d轴、q轴交

“。。一(‰ +警一“，)一L。ad￡i-+Rt，i。+L，％尹+R，i，；(2)

流阀侧电压值；如、iq为i，经过卿变换后的d轴、q

轴交流电流值，得

si一。(3)

“。。一(Uo--警+“。)一Lt，警+Rt，乇+L。％尹+R

R．

fdid

式中：‰ 为直流侧虚拟中性点O点对地的电位；L。，

为换流变压器的漏感值；R，为变压器的等效电阻；R。

为桥臂电感的线圈电阻。

I面一础。一r幻十i““一i珊’

．

di。

R．1

i盂一一鲫一一r2。十i“w—iu。。

将式(2)及式(3)相加再除以2得

由式(9)可见，MMC数学模型中含有电网电压

的扰动项％与U。，并且d轴、q轴电流分量之间存

在着耦合。

“。一(／A0+芋)_(LIr+每)誓+(RIr+譬k。(4)

假设：

万方数据

唐庚，徐政，薛英林，等．基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电控制系统设计

c岛I

掣

MMC-MTDC系统控制设计

一220kv交流线路

2．1

^皿赝C_MTDC系统结构介绍

本文以海岛4端柔性直流输电系统为例，其系

统结构如图2所示。

⑧扣

4个模块化多电平换流站分别连接到4个岛

陆地主网

屿，A岛电网通过220 kV交流线路与陆地的主网相

连，再通过220 kV的交流线路与B岛电网相连，B

岛电网通过110

kV线路与D岛相连，C岛与外交流

系统并无相连线路，为无源网络，处于孤岛运行

状态。

图2 MMC-MII)C的系统结构图

2．2

MMC—MTDC换流器阀组级控制器

MMC-MIIIC_system

the

Structure

Fig．2

MMC-MTDC换流器阀组级控制器的控制目标

是选用合适的调制方式生成桥臂子模块SM的触发

脉冲，使得换流器出VI处输出的波形逼近参考波形，

并且使得所有子模块SM的电容电压值保持均衡。

为了满足高直流电压等级、大容量输送的需求，

模块化多电平换流器单个桥臂需要串联的子模块个

数会达到数十甚至上百个，在这种情况下，谐波问题

已不再严重，因此使用阶梯波调制中的最近电平逼

近调制(NLM)作为调制策略，不仅实现简单，而且开

关频率较低，开关损耗较小u6。NLM的基本原理是

使用最接近的电平瞬时地逼近参考调制波，如图3

所示。

图3 NLM原理图

Schematic _m理即岫ofNLM

Fig．3

对于m(m—a，b，f)相而言，上下桥臂处于投入

状态的子模块个数的瞬时值No。。(￡)、No一(￡)如：

Uiac—u f(f)

N。。M(f)一round(二—百—一)；(10)

u 。(￡)+攀

(11)

N。 (f)一round(——了广—二)；

式中：‰ 耐(f)为／7／相参考波的瞬时值；round(x)函数

的值为最接近z的整数，o round(x) Ns。。

^心压C稳定运行的基本条件是直流电压的恒定，

而直流电压恒定的前提是子模块电容电压均衡，而

最近电平逼近调制策略只能决定上桥臂与下桥臂投

入的子模块个数，各个子模块工作状态的确定需要

引入电容电压的均衡控制算法。以上桥臂为例，该

图4电容电压均衡控制算法

№4 Capacitance valtage-bolancing algorithm

7i。

算法的基本流程图如图4所示[1

结合最近电平逼近调制策略与电容电压均衡控

制算法，所设计的换流站阀组级控制器如图5所示。

最终得到触发脉冲序列FR。图中U为桥臂子模块

电容电压值构成的数组。

2．3

MMC-MTDC换流站级控制器

根据不同的系统控制目标，MMC-MTBC换流

站级控制器应选取合适的控制方式实现交流电能与

直流电能之间快速、有效地转换。

万方数据

高电压技术High Voltage Engineering

I、心，IC_MTDC换流站级控制器分为有源控制器

{Ua。

与无源孤岛控制器；如果某一端换流站所连接的交

流系统是一个有源系统(如图2中的1、2、4号换流

站)，则该换流站应使用有源控制器；否则(如图2中

的3号换流站)，该换流站应选用无源孤岛控制器作

为其换流站级的控制器。

z‘ref

{％。

2．3．1交流系统有源状态下换流站级控制器

在交流系统处于有源状态时，换流站级控制器

由外环功率控制器、内环电流控制器构成，见图6。

由图6可得，外环功率控制器为内环电流控制

图5换流站阀组级控制器

器提供d轴以及q轴电流的参考值如耐与i。d。根据

控制目标的不同，外环控制器可以分为定直流电压

_theMMC

Controller for valve banksof

Fig．5

控制器、定有功功率控制、定交流电压控制器、定无

功功率控制器4种。其中定直流电压控制器与定有

功功率控制器用于生成d轴电流参考值如耐，而定交

流电压控制器及定无功功率控制器用于生成q轴电

流参考值i。，。它们的实现方式如图7所示。

图中，Ud。，、Us耐、P小Q。，分别为直流电压参考

值，交流电压参考值，有功功率参考值，无功功率指

令值。U、P、Q分别交流电压，有功功率与无功功率

的数值。

由图6可得，内环电流控制器通过调节模块化

多电平换流器的输出电压的参考值功耐、％扪使交流

侧电流如、乇跟踪外环功率控制器输出的电流指令

i州与毛耐。结合模块化多电平换流器的数学模型式

(9)，内环电流控制器的输出功ref、vqref为口8‘

Pref—_o

”Qrcf

图6交流系统有源情况下换流站级控制器

Controller for the

active

MMC^with

Fig．6

system

fud，。f—U“+“止iq一(是虬(i扎f—id)+

。

I(i扎f—id)dt)；

吖

(12)

P』q阿刮

心，—L杆嘲l

(b)定有功功率控制器

二骑／dref心P，馏F

u"f一“sq一止id一(尼％(iq,of—iq)+

(a)定直流电压控制器

k．，I(i"f—iq)dr)。

。J

式中：k％和尼％为PI控制器的比例系数；忌。。和壶。。为

PI控制器的积分系数。

Qref

内环电流控制器采用电网电压前馈以及电流解

耦合控制，提高了电流控制器的跟踪响应特性，同时

又通过PI调节器消除了电流跟踪的稳态误差。

2．3．2交流系统无源状态下换流站级控制

(c)定交流电压控制器

(d)定无功功率控制器

图7外环控制器框图

of the MMC

Outer control

loop

Fig．7

在交流系统处于无源的状态时，为了保证无源

孤岛电网的正常运行，换流站级控制器必须切换为

无源孤岛控制器。此时的控制方式为定交流电压控

制。无源孤岛控制器框图如图8所示。此时锁相同

步信号由换流站生成，阀组级控制器的输入参考信

号功ref、％。f由交流电压控制器生成(U0ref、U0。f为d、q

轴交流电压参考值)

珊ref一一Rid—L型d7t’aLi。+

(志。。(L，耐ref一“耐)+是，。。f(L，一一一““)d￡)；

。

(13)

u，f一一Ri。一L面diq—ccjL幻+

(忌。。(u，。。，一“。)+尼。。『(u，。，一“。。)d￡)。

万方数据

唐庚，徐政，薛英林，等．基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电控制系统设计

表2 MMC-lVlTDc系统换流站控制策略

in MMC-MTDC

式中：k～和k‰ 为PI控制器的比例系数；是～和ki‰

为PI控制器的积分系数。

lhble

Control

of MMCs

strategies

system

如式(13)所示，交流电压控制器采用了交流电

流的前馈控制，排除了在控制电网电压时电流的干

扰，并且使用PI调节器消除了电压跟踪时的静态

误差。

换流站编号

换流站控制策略

有源控制器(定直流电压，交流电压)

有源控制器(直流电压偏差，定交流电压)

无源孤岛控制器

2．4

MMC-MTDC系统级控制器

有源控制器(定有功功率，定无功功率)

相比于换流站级控制器，MMC-MTDC系统级

控制器的控制目标是通过选取合适的换流站级控制

器，实现换流站间以及交直流系统之间的协调控制，

使得交直流输电系统能够稳定、安全地运行。

从功率平衡的角度分析，为了MMC-MTDC系

统能够稳定运行，需要其中一个换流站采用定直流

电压的控制方式，这个换流站在交直流系统中相当

于一个有功功率的平衡节点。因此，为了提高直流

系统的稳定运行能力，系统级控制器必须采用多点

直流电压控制策略以保证直流电压的稳定。

如图2所示的MMC-MTDC系统中的4个换流

站的控制策略如表2所示。

UⅢd

Us口r盯

图8交流系统无源情况下换流站级控制器

换流站1为系统的功率平衡节点，采用定直流

电压控制策略；换流站4为系统中的恒定功率节点，

采用定有功功率与定无功功率控制。换流站3采用

无源孤岛控制器，实现对无源孤岛电网的供电。为

了实现多点直流电压控制，本文为换流站2设计了

Controller for the MMC with

passive system

№8

error control—

一种直流电压偏差控制器(DC voltage

ler，DCⅦC)，其工作原理如图9所示。

堂一蛀m

堂堂二羞堂：}

图9直流电压偏差控制基本原理

如图9(a)所示，在系统正常运行情况下，换流站

l采用定直流电压控制，直流电压参考值为Udc扪换

流站2和4都采用定有功功率控制。换流站1向直

流系统注入功率，换流站2和4从直流系统吸收功

率。换流站1出现故障退出运行后，直流电网的功

率失衡，换流站注入直流电网的功率小于换流站从

直流电网吸收的功率，直流电压下降；此时，换流站2

Schematic

of DCWEC

diagram

Fig．9

将自动地切换为定直流电压控制，直流电压参考值

为砜。m。

输出。如，。‰ 、易。粕。分别为PI，、PI：、PI。输出的上下

限值。

如图9(b)所示，如果换流站1稳定运行时从直

其控制逻辑为

流电网吸收功率，则在其退出运行后，换流站注入直

流电网的功率将大于换流站从直流电网吸收的功

率，直流电压上升；此时换流站2将自动地切换为定

直流电压控制，直流电压参考值为Ud。mo

id。。f—max(id，。fl，min(id，。f2，iJfef3))。

(14)

为了保证直流电压偏差控制器的正常运行，

砜。儿、氓。m的取值要满足

jL7dcrefI一<‘，dczm—n

Udcr。fH>Udc2。。。．

(15)

本文设计的直流电压偏差控制器不需要引人任

‘

何的站问通信设备，只需要修改换流站2中的有源

控制器的外环功率控制器结构。其控制器结构如图

10所示。其中idrefl、i挑佗、i抽，。分别为PI。、巩、PI。的

式中：Ud＆而。和砜＆。。分别为换流站1正常运行时，换

流站2稳态直流电压的最小值和最大值。因此，在

换流站1正常运行时，换流站2的直流电压氓＆满足

万方数据

高电压技术High Voltage Engineering

图10基于直流电压偏差控制的外环控制器

Outer

Controller based on IK'VEC

loop

n晷10

以下关系

(16)

UdcrefI，<Ud。2<UdcrefH。

图12直流电压上升时毛。变化过程

waveforms when

由于PI控制环节的作用，因此在换流站1正常运行

U出arises

Fig．12厶H

时，有

表3 MMC-MTDC仿真系统基本参数

Ⅲ，

忠ldre，／。l篡S笔：

]hble

Parameters of the MMC-MTDC simulation

system

由式(14)可得，在换流站1正常运行时，直流电

压偏差控制器的输出如一由如。。决定。即直流电压

偏差控制器的输出由定有功功率控制器决定。

当换流站1故障退出运行导致直流电压％下

降时，如果直流电压偏差控制器的输出仍由定有功

功率控制器决定，则直流电压U吐会持续下降；当直

流电压Ud＆开始小于Ud。几时，如耐。的数值将从如，。觚。

开始增大，并在某个时刻，如一，大于如ref2，由式(14)得，

此时讯，由玉枷决定。所述过程如图11所示。图中

t，为换流站1故障退出运行的时刻，t。为U吐开始小

于Ud。。几的时刻，t。为i州，开始大于如砘的时刻。

当换流站1故障退出运行导致直流电压Ud。。上

升时，如果直流电压偏差控制器的输出仍由定有功

功率控制器决定，则直流电压阢醴会持续上升，当直

流电压Ud。：开始大于Ud。m时，i。。侣的数值从i抽开

始减小，并在某个时刻，i。。n小于如。佗，由式(14)得，此

时i如，由i挑。决定。所述过程如图12所示。图中t。

为换流站1故障退出运行的时刻，之为砜也开始大于

巩。。H的时刻，ta为如棚开始小于如砘的时间。

仿真平台中各个换流站控制器输入信号的参考

值如表4所示，其中规定流人换流站的交流功率为

正(下同)，具体各个换流站的控制方式参照表2。

3．1系统稳态控制仿真及分析

在mMTDC仿真系统进入稳态运行后，调

整换流站2和4中控制器输入信号的参考值以验证

换流站级有源控制器的有效性。在仿真时间为6

_{时，将换流站2的有功功率参考值P。，由一90}MW

3仿真研究

调整到90 MW；在仿真时间为8 S时，将换流站4的

无功功率参考值Qr。，由一20 MVA调整为20 MVA；

在仿真时间为10 S时，将换流站2的交流电压参考

值Ua。f由230 kV调整为220 kV；仿真波形图如图13

(a)～(c)所示。调整C岛的负荷以验证换流站级无

为了验证所设计的MMC-MTDC控制系统的可

靠性，在PSCAD／EMTDC仿真软件中搭建了如图2

所示的4端MMC-MTDC仿真平台，仿真平台中各

个换流站的基本参数如表3所示。

万方数据

唐庚，徐政．薛英林，等．基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电控制系统设计

表4换流站控制器输入信号的参考值

Table

References of the

controlled

signals

input

茎

斟

蛋

雷

· 妊

换流站编号

控制器输入信号的参考值

Udc。f-400 kV；U。f：230

Pd=一90MW；U。。f=230 kV；

Uk。fH一420 kV；Udc。n．=380

U；。f=110

t／s

(a)换流站2有功功率指令调整

Rd一-80 MW；Qd=--20 MVA

源控制器的有效性；在仿真时间6 S时，对C岛增加

罢

褂

MW的有功功率以及15 MVA的无功功率，并在

蛋

7．5

S时切除，模拟一个无功冲击过程，仿真波形图

督

氓

如图13(d)所示。

由图13(a)可得，在换流站2调整有功功率的参

_S内由--90MW

考值后，换流站2的有功功率在0．2

t／s

(b)换流站4无功功率指令调整

变为90 MW；换流站l起到功率平衡的作用，其有功

功率由240 MW降低到了60 N'lW；由图13(b)可得，

在换流站4调整无功功率的参考值后，换流站4的

无功功率在0．2 S内由一20 MW变为20 MW；由于

换流站1、换流站2与换流站4所连接的交流电网之

间存在着电气联系(如图2所示)，且换流站1、换流

站2采用定交流电压控制方式，因此这部分的无功

功率缺额由换流站1和2来补充。由图13(c)可得，

在换流站2调整交流电压参考值后，换流站2的交

流电压在0．2 S内由230 kV降至220 kV，由于换流

站2与换流站4所连接的交流电网存在着电气联系

(如图2所示)，且换流站4采用的控制方式为定无

功功率控制，对所连接交流电网的电压并不控制，因

此换流站4的交流电压也有所下降。由图13(d)可

得，在6 S时，C岛引入无功冲击负荷，无源孤岛控制

器能够在电网负荷跳变后，继续稳定地给孤岛进行

供电。冲击负荷切除后，系统能够快速地恢复稳定

运行。

芒

测

较

· 妊

崮

脚

避

例

t／s

(c)换流站2交流电压指令调整

茎

褂

雷

媸

杈

哲

斌

蝼

f／s

(d)C岛电网冲击负荷

由上述仿真结果可得，在系统稳态运行时，用本

文所设计的控制系统能够实现MMC-MTDC系统的

潮流控制，稳定交流电压，孤岛送电的功能，控制器

响应速度快，响应过程中波动较小。

图13系统稳态控制仿真图

Waveforms of

state simulation and control

steady

隐13

由仿真结果可得，在换流站1出口发生A相瞬

3．2系统暂态稳定仿真及分析

时不对称故障时，换流站2和换流站4都会出现不

同程度的电压跌落以及有功波动现象，这是因为换

流站1、换流站2以及换流站4的交流电网存在着电

气联系，换流站1出口的交流故障必定会对换流站2

和4产生影响。但是，在故障切除后，系统能够在

3．2．1

交流系统瞬时不对称故障仿真及分析

为了验证控制系统在交流系统瞬时不对称故障

情况下的控制性能，在换流站1的交流入口处引入

A相瞬时性故障，故障于6 S时引入，持续时间为100

ms，得到的仿真波形图如图14所示。

0．4

S内恢复稳定运行，这说明所设计的控制系统有

万方数据

高电压技术High Voltage Engineering

芒

趔

蔓

料

督

餐

姬

较

姬

出

删

斌

例

茎

糌

墨

唇

证

图14交流瞬时不对称故障仿真波形图

Waveforms

the ACtransient

fault

asymmetric

Fig．14

较好的故障恢复能力，稳定性能良好。

3．2．2直流电压偏差控制器性能仿真及分析

由前文可得，换流站1故障退出运行后，直流电

压的变化趋势与稳态运行时换流站1直流功率的输

送方向有关。若稳态运行时换流站1对直流系统输

送功率，则其故障退出运行后直流电压将下降；反

之，若稳态运行时换流站1从直流系统吸收功率，则

其故障退出运行后直流电压将上升。因此，为了验

证在换流站2中所设计的直流电压偏差控制器的控

制性能，需要设置两组稳态运行时的换流站控制器

输入信号的参考值。

第1组控制器稳态输入信号的参考值如表4所

示。系统稳态运行时换流站1对直流系统输送功

率，用于模拟换流站1退出运行后，直流电压下降的

情况，其仿真波形图如图15所示。

图15直流电压偏差控制器性能仿真波形1

Performance emulation of DCVEc

Fig．15

由图15的仿真结果可得，换流站1在6 S时故

障退出运行，其输送的功率迅速变为0，此时直流电

4中换流站2的有功功率参考值P耐设置为270

MW。系统稳态运行时换流站1从直流系统吸收功

率，用于模拟换流站1退出运行后，直流电压上升的

情况，其仿真波形图如图16所示。

S后，

压开始下降，这致使如一。也开始下降；在6．12

直流电压低于阢cref。(380 kV)，如耐，开始增大；在6．2

后，i扯。大于如曲，此时如“的数值由i捌，确定，换流站

2的有功功率值迅速增大，直流电压迅速上升；最终，

直流电压稳定于Ua。refL(380 kV)，MMC-MTDC系统

由4端稳定运行转换为3端稳定运行。图15中i如r

的曲线变化与图11相似，这说明了当直流电压下降

时，直流电压偏差控制器实现了对直流电压的控制。

第2组控制器稳态输入信号的参考值只需将表

由图16的仿真结果可得，换流站1在6 S时故

障退出运行，其吸收的功率迅速变为0，此时直流电

压开始上升，这导致i如。也开始上升；在6．2 S后，直

流电压高于砜。fH(420 kV)，此时如开始减小；在

6．3

S后，i批B小于i如＆，此时i如，的数值由如ref3确定，

换流站2的有功功率值迅速降低，直流电压迅速下

万方数据

2781

唐庚，徐政。薛英林，等．基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电控制系统设计

2)换流站级控制器分为有源控制器及无源孤岛

控制器，通过仿真验证，换流站级控制器能够实现定

电压、定功率控制，并且具有为无源孤岛供电的能

力；同时，其对交流系统瞬时不对称故障有较好的恢

复能力，稳定性能良好。

至

瓣

雷

●一

‰

3)系统级控制器采用直流电压偏差控制。仿真

结果表明，直流电压偏差控制器能够根据直流电压

波动的情况自动地切换运行模式，无需外界通信系

统协助，控制器设计简单．大大提升了MM(、_MTDC

系统运行的稳定性。

t／s

440

435

430

至425

型420

脚

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applied

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kV)，MMC-

降，最终，直流电压稳定于U耐H(420

Glinka

M．Prototype

modular—multilevel—converter

[73

muhiphase

MTDC系统由4端稳定运行转换为3端稳定运行。

图16中乙耐的曲线变化与图12相似，这说明了当直

流电压上升时，直流电压偏差控制器实现了对直流

电压的控制。

Mw_power

rating

with

and l

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1)本文介绍了模块化多电平换流器的数学模

型，并在数学模型的基础上设计了MMC_MTDC的

控制系统。

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收稿日期201 3-03—20修回日期2013—10 11编辑陈蔓

一 ¨ 一¨ 一一-．-．-． ◆_． +-．一¨ 一一一¨ 一一一一～一一 ¨ -●

西安交通大学与荷兰KEMA实验室联合举办电力电缆技术培训班

为提高我国电力电缆从业人员的专业技术水平，西安交通大学与荷兰KEMA实验室联合举办电力电缆技术培训班。

培训对象：从事电力电缆设计、制造、运行、试验、维修等方面的技术人员。

培训时间及地点：2014年3月10一20日．西安交通大学。

培训内容：第一部分：电气参数设计；电缆类型；接头和终端；电缆制造、安装和测试；设备管理；电缆老化、质量认证、测试、

诊断及故障；电力电缆载流量。由KEMA导师主讲．为期7天。第二部分：电力电缆技术导论；柔性直流输电技术；高压直流

电缆绝缘设计原理；电缆现场局放试验。由交大导师主讲。为期2天。

培训方式：课程全程提供中英文教材，现场翻译。学习期满，成绩合格者颁发KEMA电力电缆课程结业证书及西安交通

大学结业证书。

培训费用：6000元／人(含资料费)。食宿统一安排，费用自理。

联络方式：西安交通大学电气绝缘研究中心。欢迎来电或发邮件咨询具体内容。

联络人：刘英．029—82665949，15934806788，．xjtu．edu．cn

高雯．029—82668627．15029925854，．com

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基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电控制系统设计

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