电力系统保护与控制 第 50 卷 第 1 期 2022 年 1 月 1 日 Power System Protection and Control Vol.50 No.1 Jan. 1, 2022 DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.210206 适用于特高压多端混合直流输电系统的稳态电压控制方法 俞 翔 1，鲁 江 1，董云龙 1，张庆武 1，甘宗跃 2，王杨正 1 (1.南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211102；2.中国南方电网有限责任公司 超高压输电公司，广东 广州 510663) 摘要：特高压多端混合直流输电系统稳态运行时，定直流电压站的控制目标是维持首端整流站的端口电压为设定 值。当首端整流站不是定直流电压站时，则需考虑线路压降带来的影响，而此时传统的电压偏差控制和下垂控制 无法实现对电压和功率的无差控制。因此基于主从控制思想，提出了一种适用于特高压多端混合直流输电系统的 稳态电压控制方法。基于当前直流系统的接线方式、线路电阻和电流，计算出定直流电压站和首端整流站之间的 压降。然后对定直流电压站的电压参考值进行修正，从而实现对首端整流站电压的精确控制。在此基础上，针对 线路电阻变化或者未知的情况，又提出了一种自适应的稳态电压控制方法。最后利用实时数字仿真仪(RTDS)搭建 了三端直流系统仿真模型，仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。 关键词：特高压直流；多端混合直流输电系统；稳态电压控制；主从控制；线路压降；自适应 A steady-state voltage control method for a multi-terminal hybrid UHVDC transmission system YU Xiang1, LU Jiang1, DONG Yunlong1, ZHANG Qingwu1, GAN Zongyue2, WANG Yangzheng1 (1. NR Electric Co., Ltd., Nanjing 211102, China; 2. EHV Power Transmission Company, China Southern Power Grid Co., Ltd., Guangzhou 510663, China) Abstract: In multi-terminal hybrid UHVDC transmission system, one task of the DC voltage station is to maintain the DC voltage of the head-end rectifier station at its set value. Line drop must be taken into account if the head-end rectifier station is not the DC voltage station and in such a case the traditional voltage margin control method and droop control method fail to achieve static error free control of the power and voltage. Based on the idea of a master-slave control method, this paper proposes a steady-state voltage control method for a multi-terminal hybrid UHVDC transmission system. First, the voltage drop between the DC voltage station and the head rectifier station is calculated based on system topology, line resistance and current. Then the control reference of the DC voltage station is modified to achieve precise voltage control of the head-end rectifier station. In addition, an adaptive method is proposed for the case where the line resistance is changing or totally unknown. Finally, a simulation model of three-terminal DC system using the real time digital simulator (RTDS) is built and simulation results demonstrate the correctness and validity of the proposed method. This work is supported by the National Key Research and Development Program of China (No. 2016YFB0900602). Key words: UHVDC; multi-terminal hybrid DC transmission system; steady-state voltage control; master-slave control; line drop; adaptive 0 引言 随着基于全控型电压源换流器(Voltage Source Converter, VSC)的柔性直流输电技术及相应电力电 子器件的不断成熟，VSC 和基于电网换相换流器 (Line Commutated Converter, LCC)的常规直流在特 高压等级下的互联成为可能[1]。在送端采用 LCC， 基金项目：国家重点研发计划项目资助(2016YFB0900602) 若干个受端采用 VSC 的特高压多端混合直流输电 在我国大容量、远距离输电领域具有很好的应用前 景。通过结合 LCC 和 VSC 的技术优点，特高压多 端混合直流输电技术可以有效避免换相失败问题， 缓解多直流馈入电网的稳定性问题，同时可以灵活 匹配不同外送和消纳能力的送端和受端，节省输电 线路走廊以及减少投资[2-10]。 对于多端直流输电系统，直流电压的稳定决定 了直流系统潮流的稳定，因此直流电压的协调控制 俞 翔，等 适用于特高压多端混合直流输电系统的稳态电压控制方法 一直是多端直流输电技术的核心之一。目前已提出 的直流电压控制方法主要有三种：主从控制方法、 直流电压裕度控制方法以及直流电压下垂控制方 法 [11-17]。主从控制方法依赖站间通信，控制策略简 单清晰，电压站切换过程平滑过渡。相较于主从控 制方法，直流电压裕度控制方法以及直流电压下垂 控制方法的优势是不依赖站间通信，但是直流电压 裕度控制方法有切换过程中冲击较大且电压裕度随 端数增多后难以选取等缺点，而直流电压下垂控制 方法也有无法实现有功和电压的精准控制等缺点。 文献[18-20]提出结合直流电压裕度控制和直流电压 下垂控制的混合控制方法，在控制器合理的配置下 可以弥补上述方法各自的缺点。 特高压多端混合直流输电在应用于大容量、远 距离输电时，一般不选取送端 LCC 站作为定直流电 压站，因为在暂态过程中作为定直流电压站的 LCC 站难以跟上 VSC 站的调节速度，可能导致直流电压 和功率较大波动，因此一般定直流电压站在受端站 中选取。而定直流电压站的控制目标是维持首端整 流站的直流电压恒定，这时线路压降将会给直流电 压的精准控制产生影响，这是传统的电压控制方法 往往会忽略的重要因素。文献[21]提出了一种适用 于多端高压直流系统的精准电压裕度方法，在设置 电压裕度时考虑了线路压降的影响。文献[22]提出 了一种考虑线路压降的电压下垂控制方法。但是以 上方法并不能满足特高压多端混合直流对电压和功 率的精准控制要求。 基于此，本文基于主从控制方法思想，提出了 一种适用于特高压多端混合直流输电系统的稳态电 压控制方法：基于当前直流的接线方式、线路电阻 和电流，计算出定直流电压站和首端整流站之间的 压降，然后对定直流电压站的电压参考值进行修正， 从而实现对首端整流站电压的精确控制，在此基础 上，针对线路电阻未知或者变化的情况，又提出了 一种自适应的稳态电压控制方法。最后以乌东德电 站送电广东广西特高压多端直流示范工程(以下简 称乌东德工程)为参照对象，通过实时数字仿真仪 (Real Time Digital Simulator, RTDS)搭建了工程仿真 系统，验证了该策略在工程中的应用价值，目前该 策略也已实际应用于乌东德工程中。 1 特高压多端混合直流输电系统直流电压 控制特点 1.1 特高压多端混合直流输电系统结构 多端直流输电系统按接线方式划分为并联型、 - 175 - 串联型和混合型，其中并联型因其在调节范围、绝 缘配合、运行方式和扩建灵活度上的优势，成为工 程实践中最为常见的多端直流输电接线方式。以图 1 所示的并联型三端乌东德工程的主接线图分析， 每个换流站均采用常规特高压直流的接线方式，即 双极对称的接线方式，每个极由高压换流器和低压 换流器串联形成，其中首端整流站换流器采用基于 晶闸管技术的双十二脉动换流器，而两个逆变站的 换流器采用的是全桥与半桥混合的模块化多电平换 流器，三个换流站通过直流架空线和汇流母线形成 并联[1,23]。 图 1 特高压混合三端直流输电系统结构示意图 Fig. 1 Schematic diagram of hybrid three-terminal UHVDC transmission system 1.2 直流电压控制特点 与传统多端直流输电的电压控制原则相同，特 高压多端混合直流输电系统的电压控制也是为了维 持直流系统的电压稳定，从而维持直流系统潮流的 稳定。但由于特高压多端混合直流输电自身的一些 特点，也使得其稳态电压控制方法与传统方法有一 定区别，具体为： 1) 控制目标的差别。在特高压多端混合直流正 常运行时，由上文可知，由于控制性能的原因，定 直流电压站往往选择容量较大的柔直逆变站。为了 保证整流站送出的直流功率稳定且严格运行在设计 要求的合理范围内，定直流电压站的控制目标不是 将自身的端口电压控制为设定值，而是将整流站的 端口电压控制为设定值。由于线路电阻的影响无法 忽