直流电压准无差修正的VSC-MTDC系统协同优化下垂控制

刘昊宇; 刘崇茹; 郑乐; 王群乔

doi:10.7500/AEPS20210706007

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直流电压准无差修正的VSC-MTDC系统协同优化下垂控制

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 直流电压准无差修正的VSC-MTDC系统协同优化下垂控制
- Cooperative Optimal Droop Control for VSC-MTDC System with Quasi Non-error DC Voltage Regulation
- 电力系统自动化 2022年46卷第6期页码：117-126
- 作者机构：
  
  新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
- 作者简介：
  
  刘昊宇(1994—)，男，博士研究生，主要研究方向：柔性直流输电系统协调控制。E-mail：haoyu_l@126.com
  刘崇茹(1977—)，女，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：交、直流输电系统及其控制。E-mail：chongru.liu@ncepu.edu.cn
  郑乐(1989—)，男，博士，讲师，主要研究方向：电力电子化的电力系统稳定性分析及控制、机器学习在电力系统中的应用。E-mail：zhengl20@ ncepu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家电网公司科技项目(SGXJJY00GHJS2000091)
- DOI：10.7500/AEPS20210706007
  中图分类号：
- 收稿：2021-07-06，
  
  修回：2021-10-25，
  
  网络出版：2022-01-26，
  
  纸质出版：2022-03-25
- 稿件说明：
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刘昊宇,刘崇茹,郑乐等.直流电压准无差修正的VSC-MTDC系统协同优化下垂控制[J].电力系统自动化,2022,46(6):117-126.

LIU Haoyu,LIU Chongru,ZHENG Le,et al.Cooperative Optimal Droop Control for VSC-MTDC System with Quasi Non-error DC Voltage Regulation[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(6):117-126.
刘昊宇,刘崇茹,郑乐等.直流电压准无差修正的VSC-MTDC系统协同优化下垂控制[J].电力系统自动化,2022,46(6):117-126. DOI： 10.7500/AEPS20210706007.

LIU Haoyu,LIU Chongru,ZHENG Le,et al.Cooperative Optimal Droop Control for VSC-MTDC System with Quasi Non-error DC Voltage Regulation[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(6):117-126. DOI： 10.7500/AEPS20210706007.

摘要

下垂控制凭借多站协同承担不平衡功率的优势，在多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统工程实践中广泛应用，其本质是改变直流电压实现直流潮流再分布来消纳不平衡功率，但直流电压偏离会影响系统安全经济运行。文中通过理论分析下垂控制方式下直流电压无差修正的不可行性，提出一种具备直流电压“准无差”调节能力的VSC-MTDC协同优化下垂控制策略，解决不平衡功率消纳引发的电压偏离问题。设计了附加直流电压控制器，自动调节功率参考值，改善动态过程中的直流电压。以扰动后电压源型换流器有功功率变化最小和直流电压距初始值最近为目标，优化下垂控制功率参考值增量，进行直流电压恢复。仿真研究表明，改进策略能平稳地实现以多个电压源型换流器功率变化最小为代价的直流电压全局最优调节，完成直流电压“准无差”修正。

Abstract

The droop control is widely used in the engineering practice of voltage source converter based multi-terminal high voltage direct current (VSC-MTDC) system by virtue of its advantages of multi-station coordination to undertake the unbalanced power. Its essence is to redistribute the DC power flow by changing the DC voltage for the unbalanced power accommodation

but the deviation of DC voltage will threaten the safety and economy of the system. Based on the theoretical analysis of the infeasibility of the non-error regulation of DC voltage in the droop control mode

this paper proposes a cooperative optimal droop control strategy of VSC-MTDC system with “quasi non-error” regulation ability of DC voltage to handle the DC voltage deviation caused by unbalanced power consumption. An additional DC voltage controller is designed to automatically adjust the active power reference value

which improves the DC voltage in the dynamic process. In order to obtain the minimum active power variation of the voltage source converter and the nearest DC voltage to the initial value

the reference value increment of droop control is optimized to implement the DC voltage recovery. Simulation results show that the improved strategy can smoothly perform the global optimal regulation of DC voltage at the cost of minimum power variation of multiple voltage source converters

and complete the “quasi non-error” regulation of DC voltage.

关键词

Keywords

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姜齐荣，王玉芝 . 电力电子设备高占比电力系统电磁振荡分析与抑制综述［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7185 - 7201 .

JIANG Qirong ， WANG Yuzhi . Overview of the analysis and mitigation methods of electromagnetic oscillations in power systems with high proportion of power electronic equipment ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7185 - 7201 .

MOCHAMAD R F ， PREECE R . Assessing the impact of VSC-HVDC on the interdependence of power system dynamic performance in uncertain mixed AC/DC systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 35 （ 1 ）： 63 - 74 .

ZHANG X ， ZHENG C ， TANG Y ， et al . Behavioural mechanism and stability control of VSC-HVDC/weak AC hybrid grid after large disturbances ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2020 ， 14 （ 8 ）： 1401 - 1411 .

LIU Z H ， GUO X S . Control strategy optimization of voltage source converter connected to various types of AC systems ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2021 ， 9 （ 1 ）： 77 - 84 .

窦飞，蔡晖，郭朝辉，等 . 基于深度强化学习的多端背靠背柔性直流系统直流电压控制［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 19 ）： 155 - 162 .

DOU Fei ， CAI Hui ， GUO Zhaohui ， et al . DC voltage control of back-to-back multi-terminal VSC-HVDC system based on deep reinforcement learning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 19 ）： 155 - 162 .

LIU Z W ， ZHAO J Q . Disturbance interaction analysis and suppression strategy of MMC-HVDC systems considering sub-module capacitor voltage ripples ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 235 - 247 .

YE Y D ， QIAO Y ， XIE L ， et al . A comprehensive power flow approach for multi-terminal VSC-HVDC system considering cross-regional primary frequency responses ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2020 ， 8 （ 2 ）： 238 - 248 .

ALTUN T ， MADANI R ， DAVOUDI A . Topology-cognizant optimal power flow in multi-terminal DC grids ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 5 ）： 4588 - 4598 .

蔡普成，向往，周猛，等 . 含混合型MMC的四端柔性直流电网改进自适应重合闸策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 87 - 93 .

CAI Pucheng ， XIANG Wang ， ZHOU Meng ， et al . An improved adaptive reclosing strategy of four-terminal flexible DC grid with hybrid modular ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 87 - 93 .

XIONG Y X ， YAO W ， WEN J F ， et al . Two-level combined control scheme of VSC-MTDC integrated offshore wind farms for onshore system frequency support ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 781 - 792 .

CASTRO L M ， ACHA E . On the dynamic modeling of marine VSC-HVDC power grids including offshore wind farms ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 4 ）： 2889 - 2900 .

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 .

SONG S ， MCCANN R A ， JANG G . Cost-based adaptive droop control strategy for VSC-MTDC system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 659 - 669 .

LIU H Y ， WANG Y J ， WANG M ， et al . Small-signal analysis of DC microgrid and multi-objective optimization segmented droop control suitable for economic dispatch ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2020 ， 8 （ 3 ）： 564 - 572 .

AMBIA M N ， MENG K ， XIAO W D ， et al . Adaptive droop control of multi-terminal HVDC network for frequency regulation and power sharing ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 566 - 578 .

SHAN Y H ， HU J F ， LIU M ， et al . Model predictive voltage and power control of islanded PV-battery microgrids with washout-filter-based power sharing strategy ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 1227 - 1238 .

万庆祝，李俊涛，迟忠君 . 新能源接入的直流电网功率平滑控制策略［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 1 ）： 276 - 283 .

WAN Qingzhu ， LI Juntao ， CHI Zhongjun . Power smoothing control strategy for renewable-energy-based DC grid ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 1 ）： 276 - 283 .

SHABESTARI P M ， MEHRIZI-SANI A . Frequency response improvement of PMSG wind turbines using a washout filter ［J］. Energies ， 2020 ， 13 （ 18 ）： 4797 .

付媛，邵馨玉，李浩 . 直流配电网的暂态电压稳定控制策略［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 4 ）： 1354 - 1362 .

FU Yuan ， SHAO Xinyu ， LI Hao . Transient voltage stability control strategy of DC distribution network ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 4 ）： 1354 - 1362 .

袁志昌，吴志力，金强，等 . 含直流电压二次调节的VSC-MTDC互联系统频率稳定控制［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 23 ）： 9 - 13 .

YUAN Zhichang ， WU Zhili ， JIN Qiang ， et al . Frequency stabilization control strategy with DC voltage secondary regulation of VSC-MTDC based interconnected systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 23 ）： 9 - 13 .

WU G H ， DU Z C ， ZHAO Y Y ， et al . Flexible controls to reduce DC voltage deviations in multi-terminal DC grids ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2021 ， 15 （ 12 ）： 1830 - 1840 .

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 .

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 .

LI Z ， LI Y Z ， ZHAN R P ， et al . AC grids characteristics oriented multi-point voltage coordinated control strategy for VSC-MTDC ［J］. IEEE Access ， 2019 ， 7 ： 7728 - 7736 .

刘昊宇，刘崇茹，蒋思雯 . 多端柔性直流输电系统动态附加频率控制策略［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 1 ）： 164 - 170 .

LIU Haoyu ， LIU Chongru ， JIANG Siwen . Dynamic additional frequency control strategy for VSC-MTDC transmission system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 164 - 170 .

SONG D R ， CHANG Q ， ZHENG S Y ， et al . Adaptive model predictive control for yaw system of variable-speed wind turbines ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2020 ， 9 （ 1 ）： 219 - 224 .

LIU J Q ， HUANG X G ， HONG Y ， et al . Coordinated control strategy for operation mode switching of DC distribution networks ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2020 ， 8 （ 2 ）： 334 - 344 .

王洁聪，郭琦，刘崇茹，等 . MMC的稳态相量模型及功率运行区间计算方法［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 6 ）： 91 - 103 .

WANG Jiecong ， GUO Qi ， LIU Chongru ， et al . Steady-state phasor model and power operating region calculation method of MMC ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 91 - 103 .

RODRIGUEZ-BERNUZ J M ， JUNYENT-FERRÉ A . Operating region extension of a modular multilevel converter using model predictive control： a single phase analysis ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 171 - 182 .

吴雨，王育飞，张宇，等 . 基于改进免疫克隆选择算法的电动汽车充电站选址定容方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 7 ）： 95 - 103 .

WU Yu ， WANG Yufei ， ZHANG Yu ， et al . Siting and sizing method of electric vehicle charging station based on improved immune clonal selection algorithm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 7 ）： 95 - 103 .

刘洪波，彭晓宇，张崇，等 . 风电参与电力系统调频控制策略综述［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 11 ）： 81 - 92 .

LIU Hongbo ， PENG Xiaoyu ， ZHANG Chong ， et al . Overview of wind power participating in frequency regulation control strategy for power system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 11 ）： 81 - 92 .

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