文摘

为了解决新能源发电的问题,作者提出了一种应用程序分析方法基于MMC-HVDC交流联络线传输在新能源发电。该方法分析操作的研究现状,保护和控制直流柔性传动系统在不同的国家,总结了柔性直流输电系统的优点与传统的直流相比,系统保护控制的研究重点探讨的研究方法和研究的想法。实验结果表明:动态响应时电容电压平均值的两个控制系统受到外部扰动,扰动被设置为直流侧电压升高,幅值是5%。结论。MMC-HVDC有利于提高系统运行的稳定性和可靠性。

1。介绍

近年来,自动扰动抑制控制器(ADRC)已经被广泛研究是一种有效的方法来解决不确定非线性系统的控制问题。的要点是治疗局部变化,不同模型的总效应,采用连续状态观测器(ESO)的方法,实时估计和消除反馈控制,从而提高控制功能。当控制产品的参数变化或面对不清楚干扰,它仍然可以有良好的可控性,鲁棒性强,对控制参数的不敏感,已经开始被应用在许多领域。通过引入带宽的概念,ESO线性化和参数化的非线性形式产生一个线性扩张状态观测器(LESO)。与传统的ESO相比,LESO大大减少了系统中使用的参数,方便工程应用。

2。文献综述

霁等人说,随着社会现代化的快速发展,化石燃料的大量使用,环境问题,如环境污染、烟雾,和全球变暖已成为重要的因素限制了各国的经济发展1]。殷等人表示,能源是每个国家经济发展的基础,和制约经济发展的重要因素是环境(2]。近年来,王等人和其他人说,为了解决经济发展之间的矛盾,能源供应和环境污染世界各国积极发展各种形式的清洁和可再生能源的应用,如风力发电、光伏发电和分布式发电,以取代传统的化石能源(3]。香等人说,在第二代晶闸管电流源变频器类型直流传输,接收端系统的短路容量必须足够大,它只能工作在一个活跃的逆变器的状态,否则,它是容易换向失败(4]。刘et al。这种类型的转换器必须吸收大量的无功功率和需要大量的无功补偿装置和过滤器(5]。康等人说,晶闸管变流器站有一个大型投资和一个大区域,和变频器产生的谐波大容量和低频率(6]。Farshad等人说,在国家可持续发展的需要和产业化升级,国家将大力发展可再生绿色能源,优化能源产业结构7]。赵C等。由于电流互感器式直流传输技术或交流传动技术在可再生能源的扩张;它有分散的特点,规模,传输距离等。如太阳能和风能,采用这两种技术是没有利润的,更不用说的重物,如海上钻井平台和群岛(8]。白等人说,城市用电负荷的快速增长使得有必要不断扩大电网的容量。然而,由于城市的合理规划和城市人口的扩张,一方面,大量的分销网络线路需要转移到地下;另一方面,它需要使用有限的线路传输更多的权力(9]。因此,更加环保,更加经济、更加灵活、传输方法可以更好地解决上述问题。吴等人说,可再生清洁能源是地理上分散的,和它的输出通常有自己的间歇性和波动性,如大规模光伏电站和集群风电场上面描述10]。在这种情况下,长期的电力传输的选择尤为重要,它影响着安全、稳定、经济、能源行业的发展。新能源应用分析如图1。


图1
新能源发电的应用分析。

3所示。方法

当柔性直流输电系统的直流线路断开,只作为一个站STATCOM,每个换流站的创业策略是相同的,和启动过程如图2:


图2
单点STATCOM感的启动过程。

后一个短期的MMC的双相情感障碍在直流端;直流母线电流和桥臂电流迅速增加,主要部件的电源子模块的电容放电电流和三相短路电流。交流电源,电容放电电流迅速增加。当监控和保护系统检测到短路故障,立即块转换器。子模块电容放电。故障电流逐渐减少。在交流断路器操作。只剩下故障电流的直流分量为零(11,12]。因此,为了简化分析过程,MMC直流侧双相短路故障通常是分为两个过程分析阻塞转换器之前和之后转换器被阻塞。MMC阶段单元由2 N子和两个桥臂电感串联连接,所以输出回路的等效电感值是2 l0。的损失相当于循环,线电感和电容的方程,和设备的阻力,等等,有关R情商代表(13]。由于共享子模块电压控制策略的作用,一般认为阶段中的所有子单元的电容电压是相等的,所以整个阶段的子模块电容单元可以等同于电容值所取代Cph值,下面的关系。(1)显示:

根据U直流=νc等效电容值可以获得,如以下公式所示:

等效电路是一个RLC二阶电路与一个已知的初始状态,以便循环微分方程可以上市,见以下方程: 在哪里我0是相当于电容器的放电电流的相单元,和表达式如下公式所示:

代入公式(4)到公式(3),得到公式(5)。

假设故障发生的时刻t= 0年代,方程的初始条件如下公式所示: 在哪里我0是桥臂电流的直流分量此刻的错,解决微分方程公式(5)和替代方程的初始条件获得相当于子模块电容电压的解析表达式uc和电容放电电流我0,如公式(7)和(8)所示:

在上面的公式中, 放电电路的谐振角频率, 电容放电电流的时间常数,角度是初始相位角的放电电流引起的初始电流, 的角频率振荡放电电流,和每个变量的表达式所示公式(9)和(10):

子模块的电容放电电流起着重要的作用在关闭前的桥臂故障电流转换器。通常有几毫秒之间时,监测系统检测到一个系统故障并采取行动关闭转换器。由于三相对称电压在网络方面,整个MMC拓扑是三相对称的,因此,三相电压在电网方面取消当前输入直流短路点,和栅极电流流入直流线是零。交流系统的馈电电流仅影响桥臂电流。当控制系统检测到两阶段封锁在直流方面,它使转换器立即进入阻塞状态,同时,交流断路器断开连接中断注入的故障电流。交流侧称为(14]。电容器的输出电路sub-module关闭;截止当前不断衰减,桥臂电感的消耗能源的free-rotating二极管VD2直到当前是零(15]。电感电流衰减的速度取决于等效电阻要求的直流回路,当某桥臂电流转换器第一次衰减为零,桥臂电流出现不连续,以及当前在相反的方向不能通过由于二极管的屏蔽效果,然后系统逐渐进入稳定状态,和变换器相当于的不可控整流电路交流侧(16,17]。在实际操作过程中,电网电压波动会影响操作的整流器和导致直流侧电压变化,与此同时,其他外部干扰也会影响系统。的动态响应的平均值时,电容电压两个控制系统受到外部干扰,干扰设置直流侧电压升高,振幅是5%,和活跃的扰动抑制控制器,干扰是一个外部干扰(18]。从图可以看出,当作者提出的控制系统受到外部干扰,输出具有明显的波动,和前0.05秒左右回到稳定的振荡。可以看出,该控制系统具有良好的鲁棒性。参数变化对控制系统的影响如图3:


图3
参数变化对控制系统的影响。

操作模式的柔性直流输电两端,第三个应该在直流隔离状态,及其直流隔离刀需要断开连接。

没有很大的区别只有两个消防站柔性直流输电系统的启动和普通的二端直流项目。首先,设置一个站控制直流电压和一个站控制有功功率。其启动过程如图4:


图4
灵活的两端直流系统的启动过程。

启动控制多端直流项目可以参考系统两端的启动方法。因为每个站都是一个活跃的网络转换器站可以采用积极启动控制策略。在具体实现中,其中一个站在正常模式作为直流电压控制站,选择和无功功率控制的无功功率控制和无功功率参数设置为零。车站另外选择能源管理和能源管理和能源效率和能源效率参数集(19]。实现过程如图5:


图5
高压直流输电系统启动过程的三站。

总之,变量多端直流输电的启动过程不需要特殊的控制策略。可变直流输电与传统直流输电、逆变站是锁在直流电压控制的第一次。它产生直流电压,可以锁定其他电台,控制传输和停电16,20.]。三端柔性直流输电系统的故障策略类似于双端系统。首先,权力命令减少低于许用值,然后,活跃的电站是第一了,然后固定直流电压站被阻塞,最后,交流输入线开关是关闭的,如图6:


图6
柔性直流输电系统的正常关闭过程。

4所示。实验和分析

直流总线双相短路是MMC-HVDC制度最大的缺陷之一。网格状的子模的MMC-based DC-to-DC转换器是区别。现在,它是错误的。为了确保MMC-HVDC系统之前和之后的稳定运行故障和关键设备在电网的安全,有必要分析和研究双相短路故障机制的柔性直流输电系统,和主人间极短路故障过程和故障过电流的演化规律。他们过电流抑制策略提供理论方法和系统故障期间保护措施。基于分析双相短路损坏,桥臂电流的解析表达式和直流总线电流,短路电流的主要影响因素和评估。由于这个原因,建议相应的短路保护措施。在Matlab / Simulink仿真环境下,仿真模型的直流侧双相短路故障eleven-phase MMC-HVDC系统建成。模拟结果表明短路电流的分析表达的准确性和故障电流抑制的有效性策略。双相短路故障发生后的直流侧MMC,直流总线电流和桥臂电流迅速增加,和主要组件的子模块电容放电电流和三相交流电源的短路电流。 The discharge current of the capacitor increases very quickly. When the monitoring and protection system detects a short circuit, the converter is immediately closed, the capacitors of the submodule are discharged, and the fault current begins to gradually decay. After the AC circuit breaker trips, the fault current has only a DC component, which remains zero [21,22]。因此,为了简化分析过程,MMC直流侧双相短路故障通常是分为两个过程进行分析:转换器之前阻止转换器被阻塞后,监控系统检测到一个双极直流侧短路故障。转换器必须立即进入阻塞状态,同时,交流断路器将中断故障电流注入在交流方面。子模块的电容放电电路是闭合的。的故障电流衰减了一段时间,和桥臂电感放电能量通过自由二极管VD2直到当前变成零。电感电流的衰减速度取决于直流回路的等效电阻要求。当一些桥电流转换器的首次下降为零,桥臂电流将会不断出现,另一侧将无法通过。二极管屏蔽效应,系统逐渐达到稳定状态,和变换器相当于一个不可控整流电路在交流方面。从双相短路故障机理的分析,可以看出,故障的发展分为两个阶段:在子模块故障电流的崛起被阻塞后,故障电流的衰减。因此,故障电流的抑制策略应该从两个方面:全面考虑减少故障电流水平的上升在子模块阻塞和加快阻塞后故障电流的衰减率。 The author introduced an overcurrent suppression method based on virtual resistance combined with neutralization resistance; that is, the virtual impedance control strategy includes a DC circuit in the damping impedance before blocking MMC. Accelerate the tripping of the fault current to quickly clear the DC-side two-pole short-circuit fault [23]。几毫秒内故障的发生阻塞的转换器,控制仍有近10到20个控制周期的MMC系统,以及有效控制可以减少故障电流。相桥臂和直流侧,从故障电流的影响的分析,可以看出,桥臂电感越大l0的输出电压、更明显影响故障电流的增加,但对衰减是不好的。故障电流后阻塞;因此,它被认为是添加一个虚拟电感直流总线的出口,和电感特性是数学建模,然后,映射到控制器中发挥相应的作用。通过这种方式,可以影响故障电流的过程。MMC受阻后,控制器失败,和衰变过程的故障电流后阻止不受影响。短暂的双相故障发生在直流MMC。几毫秒后,转炉阻塞和故障电流上升到最大值和开始衰变常数时间循环。由于电路中的值很小,故障电流衰减缓慢,而且通常要花很长时间衰减为零,这很容易导致设备处于过载状态很长一段时间,这是不利的。系统故障:明确并返回。由于存在大量的非线性链接在传统非线性有源干扰抑制控制器,因此,传统的非线性主动扰动抑制控制器需要面临的问题太多的参数调试,模糊参数的物理意义,设计时难以调试。 Moreover, at present, there is no accurate method to calculate these parameters well, especially in power electronic systems, some commonly used tuning empirical formulas, such as the Fibonacci sequence method, and so on often cannot get a good control effect, therefore, in the design of the traditional nonlinear ADRC controller, a large number of parameters are usually obtained only by trial and error, which will lead to a lot of time and energy being wasted in the parameter adjustment process, and the debugging efficiency is extremely low. It is this significant defect of the traditional nonlinear ADRC that makes it not put into large-scale industrial applications [24]。针对上述传统的自抗扰控制器的缺点,给出了自抗扰控制器中的参数物理意义。他线性参数化非线性ESO NLSEF,优化,并给出了LESO误差和线性状态反馈控制律(线性状态误差反馈,LSEF)参数配置的一般方法,从而设计线性有源干扰抑制控制器(LADRC)。然后,通过频域分析,结果表明,线性扩张状态观测器的性能高于非线性扩张状态观测器(NESO)在高频率。一般来说,与传统的自抗扰控制器相比,LADRC大大降低了系统中使用的参数,同时给出了调整参数物理意义,并给出了参数调整的一般方法。参数调整过程不再是一个传统的试错的过程,花费更少的时间和精力,更便于工程应用。因此,近年来,LADRC在逆变器的研究领域已经取得了一些进展,陀螺仪,超导射频蛀牙,和伺服系统。与此同时,LADRC释放运动控制在2009年的经济分析;在2010年,它首次取代PID控制在北美尼龙管挤出生产线,节省大量的能量;2013年,德州仪器(TI)发布了全球LADRC-based DSP芯片。 It can be seen that LADRC is favored by the majority of engineers and has broad prospects for industrial application. The various disturbances in the control of the bridge arm circulation are analyzed, at the same time, it can be seen from the simulation that the bridge arm circulation contains the fundamental wave component, the double-frequency component, and other AC components, therefore, it is obviously difficult for the traditional PI controller to achieve error-free tracking, so it is considered to use ADRC instead of the PI controller for control, however, the bridge arm circulation loop is used as the inner loop of the control system, the traditional ADRC, because the transition process of TD arrangement is difficult to meet the rapidity requirements of the inner loop, and in the traditional LADRC, because the general LSEF adopts the form of a PD controller, the static performance is not ideal, at the same time, the differential component in LSEF is observed by LESO, which will also generate a certain delay, reduce the static performance of the system, and also cannot fully meet the requirements. Therefore, it is considered that, on the basis of using the PI controller, an extended state observer is separately added to observe and compensate for the system disturbance, that is, the ADRC control architecture of PI + ESO. It can be seen that compared with the traditional ADRC controller, the bridge arm loop current control using the PI + LESO controller reduces the TD arrangement transition process, the rapidity of the system is enhanced, and the PI control with easier parameter setting is used instead of NLSEF, and LESO is used instead of ESO in traditional ADRC, which reduces the parameters used in ESO, design difficulty of the ESO link is reduced. Since the PI + LESO controller simplifies and improves the structure of the conventional ADRC controller, the number of parameters that need to be adjusted is greatly reduced compared with the traditional ADRC controller, enhanced its practicability. Compared with the traditional PI controller, it increases the antidisturbance performance while ensuring the rapidity of the system. Compared with the traditional LADRC controller, the control architecture uses the PI controller to replace the PD controller commonly used in the LSEF in the traditional LADRC, avoiding the system delay caused by the differential component observed by the LESO in the LSEF, so that the control system has better quickness. Based on the evolution process of fault current, an analytical mathematical model of bipolar short-circuit fault transient current is established, and the main factors affecting the fault current are analyzed. On this basis, corresponding short-circuit fault current suppression measures are proposed. Finally, a related MMC converter station bipolar short-circuit fault model is built in the Matlab/Simulink environment for simulation analysis, which verifies the accuracy of the fault current analytical model and the effectiveness of the overcurrent suppression measures [25]。细节如下:双相短路故障的演化机制分为前后两个阶段转换器关闭;在此基础上,得到单相等效电路模型之前和之后的阻塞。总会改变的数学解析表达式上下臂故障电流和直流侧短路电流,和故障电流的解析表达式的正确性由模拟确认。三个主要系统参数影响直流侧故障电流主要是分析:桥臂电感l0,子模块电容C0和循环阻力损失R情商分别作为一个变量来分析故障电流的变化过程和影响程度。一个基于虚拟阻抗和过电流抑制方法介绍了阻尼电阻,阻止之前,虚拟阻抗控制策略用于抑制故障电流水平的上升,阻塞后,直流回路投入阻尼电阻加快故障电流的衰减;最后,过电流抑制的有效性策略基于虚拟阻抗和阻尼电阻验证基于双相短路故障模型(26,27]。MMC模块化多层次变换器的拓扑结构及其子模块工作原理、调制方法、子模块电容电压均衡控制策略,相间环状电流抑制策略,详细梳理等。分析表明,最近的测量变化的低频波的特点,小改变,和快速跟踪;电容器电压排序算法可以执行好电压均衡控制;旋转的主要元素是双频-临时组件,基于dq和反对派旋转坐标将会见。干扰影响的交叉点上。abc三相静态控制系统的数学模型和MMC转换器dq旋转坐标系推导,并通过验证证明了电感的上部和下部的MMC的每个阶段在相等的点的连接是无限的。因此,在稳定运行的情况下,三菱汽车控制操作被设计成有用;此外,整个控制器的MMC包含两个loop-decoupled控制概念,当前的内循环和外循环。通过使用直流侧接地方法大电阻,交流和直流侧的故障仿真模型11-level MMC-HVDC系统是在Matlab / Simulink环境中开发的。 At this point, the failure mechanism; the evolution of fault formation and fault currents are simulated and analyzed. During various failures, the system has different levels of overvoltage and overcurrent. This indicates a threat to the security of the system. An analytical model of the transient current of the MMC DC side bipolar short-circuit fault is established. On this basis, the main system parameters that affect the fault current are analyzed: the analysis shows that the bridge arm inductancel0抑制故障电流,电容C0促进增长的故障电流,循环阻力R情商在加速过程中发挥作用的故障电流的衰减。最后,作者提出了一种基于虚拟阻抗和阻尼电阻的过电流抑制方法,模拟和分析故障电流的抑制程度。

5。结论

柔性直流输电技术是研究热点,近年来在中国引起了人们广泛的关注。然而,柔性直流输电在中国只有在应用程序初始阶段,和可行性的工作尚未得到证实。新技术业务和缺乏操作经验增加了许多怀疑背后的长期稳定运行的直流输电潜力时,它连接到电网。交流传动连接到交流电网电网操作产生了新的问题,特别是改变保护模式,创建新的控制方式之间的差异和正常的直流输电。保护和控制算法的研究MMC-HVDC直流系统有助于提高操作稳定性和可靠性。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

基于新能源和农业设备创新研究物联网技术(没有。2018 yj51)。