构网控制和柔直输电技术未来发展（2023.10）-16页_3mb

构网控制和柔直输电技术未来发展总结

核心内容

构网控制和柔直输电技术是当前电力系统发展的重要方向，尤其在新能源发电比例不断提高的背景下，传统同步发电机逐渐退出，变流器成为主要的电网接入设备。构网型变流器能够模拟同步机的特性，如惯性、阻尼和系统强度支持，从而在弱电网环境中提供更稳定的电压和频率支撑。

主要观点

1. 构网型变流器的必要性

• 电力系统安全运行依赖于同步电机的特性，如自同步、惯性和快速频率响应。
• 新能源发电（如风电、光伏）通过变流器接入电网，目前大多数变流器仍采用跟网控制，缺乏电网支撑能力。
• 构网型变流器可以替代同步发电机的功能，为新能源系统提供必要的系统支撑。

2. 构网控制的基本原理

• 构网控制通过功率同步环替代传统锁相环，实现对系统电压的直接支撑。
• 控制器能够模拟同步机的虚拟阻抗、惯性和阻尼特性，从而提升系统稳定性。
• 适用于新能源占比高的新型电力系统，特别是在弱交流系统中表现优异。

3. 构网控制与传统控制的区别

• 传统矢量电流控制是解耦控制，适用于交流可调速电机，但不适用于弱电网。
• 构网控制能够更好地适应弱电网环境，提供更快速的频率和电压响应。

4. 构网控制在弱系统中的应用

• 弱交流系统定义为短路比（SCR）<3，等效惯量常数较低。
• 在弱系统中，构网控制可以采用多变量反馈控制架构，以提高响应速度。
• 电压控制模式优于无功控制模式，适用于弱系统连接。

5. 构网型柔直系统的应用实例

• 连接两个极弱交流系统：使用功率同步控制的柔直系统能够直接提供电压支撑，适用于短路比低的系统。如ABB的Caprivil Link项目，在送端SCR=1.2，受端SCR=1.0的情况下实现稳定运行。
• 远海风场连接：构网型柔直系统可用于连接远海风场，提高系统稳定性。
• 构网型风机的动态交互：构网型风机能够提供主动惯性支撑，提升柔直系统的动态响应能力。

关键信息

构网控制器的发展

• 构网控制器已有多种实现方式，如增强型STATCOM、高压直流系统、构网型储能和构网型负荷。
• 不同控制器适用于不同应用场景，研究仍在进行中，尚未有统一的最佳设计。

构网控制的数学模型

• 功率同步控制基本结构：包括同步环节、电压环节和限流环节，实现对系统频率和电压的直接支撑。
• 电流参考控制：基于雅克比转移矩阵建模法，对系统特性进行清晰描述。
• 电流控制器：通过调节电流参考值，实现对系统电压的控制。

构网控制的限制

• 交流雅克比矩阵的零点限制了反馈控制器的响应速度。
• 当柔直传输功率增加时，零点向原点移动，限制了系统稳定性。
• 直流雅克比矩阵的极点也对控制器设计有根本影响，要求反馈控制器具有足够的响应速度以维持系统稳定。

总结

构网控制和柔直输电技术在应对新能源接入和弱电网挑战方面展现出重要潜力。构网型变流器通过模拟同步机特性，提供电压和频率支撑，适用于弱系统环境。随着技术的发展，构网控制在多个应用场景中得到验证，如远海风场、极弱系统互连等。然而，控制器设计仍面临诸多挑战，需进一步研究以优化性能和适应性。