Periodical Searching Based Nonlinear Droop Control for Multi-terminal Flexible DC Transmission System

ZHU Jiebei; LI Feng; YU Lujie; LIANG Jifeng; LIU Na; WANG Chengshan

doi:10.7500/AEPS20210730004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Periodical Searching Based Nonlinear Droop Control for Multi-terminal Flexible DC Transmission System

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Periodical Searching Based Nonlinear Droop Control for Multi-terminal Flexible DC Transmission System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 1, Pages: 143-152(2023)
- 作者机构：
  
  1.天津大学电气自动化与信息工程学院,天津市 300072
  2.国网河北省电力有限公司电力科学研究院,河北省石家庄市 050021
  3.国网北京市电力公司,北京市 100031
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2018YFA0702200);National Natural Science Foundation of China(51977143)
- DOI：10.7500/AEPS20210730004
  CLC：
- Received：30 July 2021，
  
  Revised：2021-12-27，
  
  Published Online：18 May 2022，
  
  Published：10 January 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
朱介北,李峰,俞露杰等.基于周期搜索的多端柔性直流输电系统非线性下垂控制[J].电力系统自动化,2023,47(1):143-152.

ZHU Jiebei,LI Feng,YU Lujie,et al.Periodical Searching Based Nonlinear Droop Control for Multi-terminal Flexible DC Transmission System[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(1):143-152.
朱介北,李峰,俞露杰等.基于周期搜索的多端柔性直流输电系统非线性下垂控制[J].电力系统自动化,2023,47(1):143-152. DOI： 10.7500/AEPS20210730004.

ZHU Jiebei,LI Feng,YU Lujie,et al.Periodical Searching Based Nonlinear Droop Control for Multi-terminal Flexible DC Transmission System[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(1):143-152. DOI： 10.7500/AEPS20210730004.

摘要

当基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统采用有功功率-直流电压线性下垂控制策略时，直流网络特性会影响换流站功率分配的准确性。在直流输电网络拓扑未知的情况下，通过建立换流站通用的有功功率-直流电压数学模型，分析了直流网络特性影响下的换流站有功功率-直流电压下垂特性的非线性特征。基于此，提出一种基于周期搜索的多端柔性直流输电系统非线性下垂控制策略，可在直流输电网络拓扑及参数未知的前提下，利用搜索技术实时获取换流站在可能运行范围内的精确非线性下垂特性曲线，再将该曲线周期性地更新到换流站底层控制中，最终实现多端柔性直流输电系统换流站有功功率的精确控制。通过在MATLAB/Simulink中建立四端环网直流输电系统模型，不仅对换流站有功功率-直流电压下垂特性的非线性分析结论进行了验证，还与传统线性下垂控制进行对比，验证所提控制策略还原换流站非线性下垂特性的准确性以及换流站有功功率精准控制的优越性。

Abstract

When the voltage source converter based multi-terminal high voltage direct current (VSC-MTDC) system adopts the linear droop control strategy of active power and DC voltage

the accuracy of the power-sharing among converter stations will be affected by the DC network characteristics. In the scenario that the DC network topology is unknown

a generalized mathematical model between the active power and the DC voltage of the converter station is established. Under the influence of DC network characteristics

the nonlinear feature of active power and DC voltage droop characteristic of the converter station is analyzed. On this basis

a periodical searching based nonlinear droop control strategy for the VSC-MTDC system is proposed

in which the accurate droop characteristic curve of the converter station operating within the possible ranges can be obtained through the searching technique without the prior knowledge of DC network topology and its parameters. Then the accurate active power control of the converter station can be ultimately implemented after the obtained accurate droop characteristic curve is updated to the bottom controller of the converter station. By establishing a four-terminal VSC-MTDC system model with a ring network in MATLAB/Simulink

not only the analysis conclusion of the nonlinear feature for the active power and DC voltage droop characteristics of the converter station is verified

but also the accuracy of the proposed control strategy in restoring nonlinear droop characteristics of converter station as well as power control compared with the traditional linear droop control strategy is demonstrated.

关键词

Keywords

references

WANG W Y ， LI Y ， CAO Y J ， et al . Adaptive droop control of VSC-MTDC system for frequency support and power sharing ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 1264 - 1274 .

于国星，宋蕙慧，马广富，等 . 含海上风电场的VSC-MTDC系统参与电网调频的顺序控制方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 4 ）： 123 - 132 .

YU Guoxing ， SONG Huihui ， MA Guangfu ， et al . Sequence control method for VSC-MTDC system with offshore wind farm participating in frequency regulation of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 4 ）： 123 - 132 .

LEI J T ， AN T ， DU Z C ， et al . A general unified AC/DC power flow algorithm with MTDC ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 4 ）： 2837 - 2846 .

蔡旭，杨仁炘，周剑桥，等 . 海上风电直流送出与并网技术综述［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 21 ）： 2 - 22 .

CAI Xu ， YANG Renxin ， ZHOU Jianqiao ， et al . Review on offshore wind power integration via DC transmission ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 21 ）： 2 - 22 .

李岩，滕云，冷欧阳，等 . 含多端柔性直流互联的交直流电力系统静态安全分析［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 10 ）： 155 - 161 .

LI Yan ， TENG Yun ， LENG Ouyang ， et al . Static security analysis of AC/DC power system with multi-terminal flexible DC ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 10 ）： 155 - 161 .

刘英培，谢乾，梁海平 . 柔性直流输电系统自适应虚拟惯性调频控制策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 5 ）： 129 - 136 .

LIU Yingpei ， XIE Qian ， LIANG Haiping . Frequency regulation control strategy for flexible DC transmission system based on adaptive virtual inertia ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 129 - 136 .

LI C H ， ZHAN P ， WEN J Y ， et al . Offshore wind farms integration and frequency support control utilizing hybrid multi-terminal HVDC transmission ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2014 ， 50 （ 4 ）： 2788 - 2797 .

SUN K Q ， LI K J ， LEE W J ， et al . VSC-MTDC system integrating offshore wind farms based optimal distribution method for financial improvement on wind producers ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2019 ， 55 （ 3 ）： 2232 - 2240 .

辛保安，郭铭群，王绍武，等 . 适应大规模新能源友好送出的直流输电技术与工程实践［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 22 ）： 1 - 8 .

XIN Baoan ， GUO Mingqun ， WANG Shaowu ， et al . Friendly HVDC transmission technologies for large-scale renewable energy and their engineering practice ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 22 ）： 1 - 8 .

张适宜，周明，黄瀚燕，等 . 新能源基地多端柔性直流汇集系统运行灵活性研究［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3846 - 3857 .

ZHANG Shiyi ， ZHOU Ming ， HUANG Hanyan ， et al . Operational flexibility optimization of renewables generation multi-terminal flexible DC collector system ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3846 - 3857 .

SuedLink HVDC power transmission project ［EB/OL］. ［ 2021-06-20 ］. https：//www.nsenergybusiness.com/projects/suedlink-hvdc-power-transmission-project/ https://www.nsenergybusiness.com/projects/suedlink-hvdc-power-transmission-project/ .

Eastern HVDC link ［EB/OL］. ［ 2021-06-20 ］. https：//www.nsenergybusiness.com/projects/eastern-hvdc-link/ https://www.nsenergybusiness.com/projects/eastern-hvdc-link/ .

VAN HERTEM D ， GHANDHARI M . Multi-terminal VSC HVDC for the European supergrid： obstacles ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2010 ， 14 （ 9 ）： 3156 - 3163 .

严铭，蔡晖，谢珍建，等 . 适用于多端柔性直流输电系统的分布式直流电压控制策略［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 3 ）： 134 - 140 .

YAN Ming ， CAI Hui ， XIE Zhenjian ， et al . Distributed DC voltage control strategy for VSC-MTDC systems ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 3 ）： 134 - 140 .

THOEN A ， SVEAN M ， LEBAS O ， et al . Droop control optimization for multi-terminal HVDC transmission system ［C］// 2018 53rd International Universities Power Engineering Conference （UPEC）， September 4-7 ， 2018 ， Glasgow， UK ： 1 - 6 .

ROUZBEHI K ， MIRANIAN A ， CANDELA J I ， et al . A generalized voltage droop strategy for control of multiterminal DC grids ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2015 ， 51 （ 1 ）： 607 - 618 .

李周，李亚州，陆于平，等 . 多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 17 ）： 117 - 124 .

LI Zhou ， LI Yazhou ， LU Yuping ， et al . Active power balance oriented coordinating control strategy for VSC-MTDC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 17 ）： 117 - 124 .

刘英培，解赛，梁海平，等 . 计及换流站间电压误差的VSC-MTDC系统自适应下垂控制［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 15 ）： 3270 - 3280 .

LIU Yingpei ， XIE Sai ， LIANG Haiping ， et al . Adaptive droop control strategy for VSC-MTDC system considering DC voltage errors among converter stations ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 15 ）： 3270 - 3280 .

朱弘祺，李勇，王姿雅，等 . 考虑直流电压无差调节的MMC-MTDC协调下垂控制策略［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 7 ）： 196 - 199 .

ZHU Hongqi ， LI Yong ， WANG Ziya ， et al . Coordinated droop control strategy considering indifference regulation of DC voltage for MMC-MTDC system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 7 ）： 196 - 199 .

HAILESELASSIE T M ， UHLEN K . Impact of DC line voltage drops on power flow of MTDC using droop control ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2012 ， 27 （ 3 ）： 1441 - 1449 .

刘海媛，杨波，郭一楠，等 . 应用于大规模新能源并网的MMC-MTDC双因子自适应下垂控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 3 ）： 793 - 802 .

LIU Haiyuan ， YANG Bo ， GUO Yinan ， et al . MMC-MTDC dual factor adaptive droop control strategy for large-scale renewable energy integration ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 3 ）： 793 - 802 .

陈继开，董飞飞，王振浩，等 . 适用于功率波动的多端柔性直流系统改进下垂控制方法［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3708 - 3717 .

CHEN Jikai ， DONG Feifei ， WANG Zhenhao ， et al . Research on improved droop control method of multi-terminal MMC-HVDC system suitable for power fluctuation ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3708 - 3717 .

ZHU J B ， GUERRERO J M ， HUNG W ， et al . Generic inertia emulation controller for multi-terminal voltage-source-converter high voltage direct current systems ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2014 ， 8 （ 7 ）： 740 - 748 .

ZHU J B ， BOOTH C D ， ADAM G P ， et al . Coordinated direct current matching control strategy for multi-terminal DC transmission systems with integrated wind farms ［J］. Electric Power Systems Research ， 2015 ， 124 ： 55 - 64 .

国家能源局 . ±800 kV高压直流输电系统成套设计规程： DL/T 5426—2009 ［S］. 北京：中国电力出版社， 2009 .

National Energy Administration of the People’s Republic of China . System design standard for ±800 kV HVDC system ： DL/T 5426—2009 ［S］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2009 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Distributed Power Control for Hybrid Parallel Independent Power Supply System with Current Source and Voltage Source Converters

Order-reduced Control Method of Instantaneous Power for Voltage-controlled Grid-connected Inverter

Droop Control Strategy of Renewable Energy Grid-connected System Based on Open-winding Wound Field Synchronous Motor Interface

Inertia Support Method of Energy Storage Doubly-fed Condenser Based on Frequency-Rotor Speed Droop Control

Related Author

Jiebei ZHU

Feng LI

Lujie YU

Jifeng LIANG

Na LIU

Chengshan WANG

HE Jinwei

WANG Kunfang

Related Institution

State Grid Shandong Integrated Energy Services Co., Ltd.

Jining Power Supply Company of State Grid Shandong Electric Power Company

School of Electrical Engineering, Southeast University

NARI Technology Co., Ltd.

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

⁰