Подать статью
Стать рецензентом
Том 243
Страницы:
357-370
Скачать том:
RUS ENG
Научная статья
Электромеханика и машиностроение

Система управления магистральной линией электропередачи постоянного тока с модульными многоуровневыми преобразователями

Авторы:
М. Хименес Карризоса1
Н. Станкович2
Ж.-К. Ванье3
Я. Э. Шклярский4
А. И. Барданов5
Об авторах
  • 1 — д-р техн. наук ассистент Центр Энергетики Мадридский политехнический университет ▪ Orcid ▪ Scopus
  • 2 — д-р техн. наук инженер Электрисите́ де Франс
  • 3 — д-р техн. наук профессор Высшая школа электрики
  • 4 — д-р техн. наук заведующий кафедрой Санкт-Петербургский горный университет ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
  • 5 — канд. техн. наук ассистент Санкт-Петербургский Горный Университет ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
Дата отправки:
2020-06-15
Дата принятия:
2020-06-15
Дата публикации:
2020-06-30

Аннотация

В статье представлена философия построения систем управления магистральными линиями электропередачи постоянного тока, входящими в состав сетей переменного тока. Такие линии электропередачи по сравнению с магистральными линиями электропередачи переменного тока обладают лучшей пропускной способностью и обеспечивают меньшие потери напряжения на больших расстояниях электропередачи. Это особенно актуально в условиях разработки полезных ископаемых российского севера и арктического шельфа. В этих регионах России энергосистема не развита, поэтому для присоединения технологических комплексов к ЕЭС требуются линии электропередачи большой протяженности. Для управления магистральной линией электропередачи постоянного тока предлагается многоуровневая система управления, разделенная на локальный, первичный и вторичный уровни управления, подчиненные друг другу по иерархическому принципу. Предлагаемая стратегия управления была опробована на масштабированной модели магистральной линии электропередачи постоянного тока с тремя присоединениями к сети переменного тока. Одно из указанных присоединений реализовано на основе модульного многоуровневого преобразователя (ММП), включающего пять подмодулей на плечо. Рассматривается метод построения оптимальных контуров регулирования переменного и циркулирующего токов ММП на основе недавно предложенной математической модели преобразователя. Два остальных присоединения реализованы на основе трехуровневых сетевых инверторов, работающих в режиме источника напряжения (ИИН). Для управления ими используется новый вариант настройки ПИ-регуляторов, позволяющий адаптировать значения пропорционального и интегрального коэффициентов регулятора по отношению к измеряемым переменным. Для управления системой на первичном уровне выбрана методика статического регулирования. Для регулирования на вторичном уровне предлагается новый метод формирования потока мощности. В рамках проверки надежности предлагаемой стратегии управления вся система испытывалась как в нормальном режиме, так и при наличии возмущений.

Ключевые слова:
модульный многоуровневый преобразователь вставка постоянного тока формирование потока мощности сетевые инверторы линии постоянного тока статическое регулирование многоуровневое регулирование
10.31897/pmi.2020.3.357
Перейти к тому 243

Литература

  1. Yao K., Ren Y., Sun J., Lee K., Xu M., Zhou J., Lee F.C. Adaptive voltage position design for voltage regulators. Nineteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2004. APEC’04. IEEE, 2004. Vol. 1, p. 272-278. DOI: 10.1109/APEC.2004.1295821
  2. Li H., Liu C., Li G., Iravani R. An Enhanced DC Voltage Droop-Control for the VSC--HVDC Grid. IEEE Trans. Power Syst. 2017. Vol.32(2), p. 1520-1527. DOI: 10.1109/TPWRS.2016.2576901
  3. Stankovic N., Carrizosa M.J., Arzand A., Egrot P., Vannier J.-C. An HVDC experimental platform with MMC and two-level VSC in the back-to-back configuration. 2016 IEEE 25th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE). IEEE. 2016, p. 436-441, DOI: 10.1109/ISIE.2016.7744929
  4. Arrillaga J., Liu Y.H., Watson N.R. Flexible Power Transmission. The HVDC Options. 1st ed. Chichester: John Wiley, 2007, p. 362.
  5. Benchaib A. Advanced control of AC/DC power networks. System of systems approach based on spatio-temporal scales. Wiley, 2015. 164 p. DOI: 10.1002/9781119135760
  6. Carrizosa M.J. Hierarchical control scheme for multi-terminal high voltage direct current power networks. 2015. URL: tel.archives-ouvertes.fr/tel-01179391 (date of access 22.07.2015)
  7. Prieto-Araujo E., Junyent-Ferŕe A., Clariana-Colet G., GomisBellmunt O. Control of Modular Multilevel Converters Under Singular Unbalanced Voltage Conditions With Equal Positive and Negative Sequence Components. IEEE Transactions on Power Systems. 2017. Vol. 32(3), p.2131-2141. DOI: 10.1109/TPWRS.2016.2598617
  8. Carrizosa M.J., Arzand A., Navas F.D., Damm G., Vannier J.-C. A Control Strategy for Multiterminal DC Grids With Renewable Production and Storage Devices. IEEE Trans. Sustain. Energy. 2018. Vol. 9(2), p. 930-939. DOI: 10.1109/TSTE.2017.2766290
  9. Yang R., Zhang C., Cai X., Shi G., Lyu J. Control of VSC-HVDC for Wind Farm Integration with Real-Time Frequency Mirroring and Self-Synchronizing Capability. 2018 International Power Electronics Conference. IEEE. 2018, p. 4220-4226. DOI: 10.23919/IPEC.2018.8507477
  10. Bi K., An Q., Duan J., Sun L., Gai K. Fast Diagnostic Method of Open Circuit Fault for Modular Multilevel DC/DC Converter Applied in Energy Storage System. IEEE Trans. Power Electron. 2017. Vol. 32(5), p. 3292-3296. DOI: 10.1109/TPEL.2016.2646402
  11. Gnanarathna U.N., Gole A.M., Jayasinghe R.P. Efficient Modeling of Modular Multilevel HVDC Converters (MMC) on Electromagnetic Transient Simulation Programs. IEEE Trans. Power Deliv. 2011. Vol. 26(1), p. 316-324. DOI: 10.1109/TPWRD.2010.2060737
  12. Hydro-Qubec Rapport Annuel 2012. Hydro-Qubec. URL: www.metallos.org/site/assets/ files/2622/ rapport-annuel-2012_hydro-quebec.pdf (date of access 14.03.2020).
  13. HVDC in china. Doubletree Systems, Inc. URL: www.dsius.com/cet/HVDCinChina_ EPRI2013_HVDC.pdf (date of access 14.03.2020)
  14. Inelfe, the France-Spain HVDC plus interconnection is being realized as part of the european HVDC power freeways. Siemens. URL: www.ptd.siemens.de/newsletter2012_07.htm (date of access 14.03.2020).
  15. Jimenez E., Carrizosa M.J., Benchaib A., Damm G., Lamnabhi-Lagarrigue F. A new generalized power flow method for multi connected DC grids. Int. J. Electr. Power Energy Syst. Elsevier, 2016. Vol. 74, p. 329-337. DOI: 10.1016/J.IJEPES.2015.07.032
  16. Jovcic D., Ahmed K., Wiley J. High voltage direct current transmission : converters, systems and DC grids. 2007, p. 456.
  17. Lesnicar A., Marquardt R. An innovative modular multilevel converter topology suitable for a wide power range. 2003 IEEE Bologna Power Tech Conference Proceedings. IEEE. 2003. Vol. 3, p. 272-277. DOI: 10.1109/PTC.2003.1304403
  18. Li R., Xu L., Yao L. DC Fault Detection and Location in Meshed Multiterminal HVDC Systems Based on DC Reactor Voltage Change Rate. IEEE Trans. Power Deliv. 2017. Vol.32(3), p. 1516-1526. DOI: 10.1109/TPWRD.2016.2590501
  19. Bergna G., Suul J.-A., Berne E., Vannier J.-C., Molinas M. MMC circulating current reference calculation in ABC frame by means of Lagrange Multipliers for ensuring constant DC power under unbalanced grid conditions. 2014 16th European Conference on Power Electronics and Applications. IEEE. 2014, p. 1-10. DOI: 10.1109/EPE.2014.6910909
  20. Mayne D.Q., Seron M.M., Raković S.V. Robust model predictive control of constrained linear systems with bounded disturbances. Automatica. Pergamon. 2005. Vol. 41(2). P. 219-224. DOI: 10.1016/J.AUTOMATICA.2004.08.019
  21. Chen Y., Dai J., Damm G., Lamnabhi-Lagarrigue F. Nonlinear control design for a multi-terminal VSC-HVDC system. 2013 European Control Conference. IEEE. 2013. P. 3536-3541. DOI: 10.23919/ECC.2013.6669665
  22. Ottersten R. On control of back-to-back converters and sensorless induction machine drives. Chalmers University of Technology. Göteborg, 2003, p. 153.
  23. Park R.H. Two-reaction theory of synchronous machines generalized method of analysis-part I. Trans. Am. Inst. Electr. Eng. 1929. Vol. 48(3), p. 716-727. DOI: 10.1109/T-AIEE.1929.5055275
  24. Sanjuan S.L. Voltage Oriented Control of Three-Phase Boost PWM Converters. Chalmers University of Technology. Göteborg, 2010, p. 105.
  25. Shah S., Hassan R., Sun J. HVDC transmission system architectures and control – A review. 2013 IEEE 14th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics. IEEE. 2013, p. 1-8. DOI: 10.1109/COMPEL.2013.6626396
  26. Sardinia – Corsica – Italy Interconnection. Terna. URL: www.terna.it/en/projects/projects-common-interest/sardinia-corsica-italy-interconnection (date of access 14.03.2020).
  27. The Gotland HVDC link. ABB group. URL: new.abb.com/systems/hvdc/references/the-gotland-hvdc-link (date of access 14.03.2020).
  28. Shinoda K., Benchaib A., Dai J., Guillaud X. Virtual Capacitor Control: Mitigation of DC Voltage Fluctuations in MMC-Based HVdc Systems. IEEE Trans. Power Deliv. 2018. Vol. 33(1), p. 455-465. DOI: 10.1109/TPWRD.2017.2723939
  29. Wang X., Li Y.W., Blaabjerg F., Loh P.C. Virtual-Impedance-Based Control for Voltage-Source and Current-Source Converters. IEEE Trans. Power Electron. 2015. Vol. 30(12), p. 7019-7037. DOI: 10.1109/TPEL.2014.2382565
Статистика
Просмотр аннотаций
1412
Просмотр полного текста
347
Процитировано
Scopus:
27
Crossref:
17
Цитирующие статьи
1. Method for determining the harmonic contribution of consumer installations based on the application of passive filters. IET Generation, Transmission and Distribution. July 2024, Vol. 18, P. 2464-2479. DOI: 10.1049/gtd2.13209 [Scopus]
2. Controlled placement of electrodes in an ore-smelting furnace and its effect on the reaction zone. Metallurgist. March 2024, Vol. 67, P. 1866-1877. DOI: 10.1007/s11015-024-01684-8 [Scopus]
3. Development of the Structure of the Unmanned Aerial Vehicle Data Processing System. Proceedings of the 2024 Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElCon 2024. 2024, P. 906-909. DOI: 10.1109/ElCon61730.2024.10468214 [Scopus]
4. Technical and Economic Assessment of Energy Efficiency of Electrification of Hydrocarbon Production Facilities in Underdeveloped Areas. Sustainability (Switzerland). June 2023, Vol. 15, DOI: 10.3390/su15129614 [Scopus] (cited: 44)
5. The Effect of Economic Policy Uncertainty on Foreign Direct Investment in the Era of Global Value Chain: Evidence from the Asian Countries. Sustainability (Switzerland). April 2023, Vol. 15, DOI: 10.3390/su15076131 [Scopus] (cited: 8)
6. Impact of Hybrid Inverters on Electric Power Quality. Proceedings of the Seminar on Industrial Electronic Devices and Systems, IEDS 2023. 2023, P. 259-263. DOI: 10.1109/IEDS60447.2023.10426426 [Scopus] (cited: 1)
7. Increasing the Efficiency of Solar Power Plant in a Tropical Climate. Proceedings of the Seminar on Industrial Electronic Devices and Systems, IEDS 2023. 2023, P. 109-112. DOI: 10.1109/IEDS60447.2023.10426186 [Scopus]
8. Assessment of Reliability Indicators of Combined Systems of Offshore Wind Turbines and Wave Energy Converters. Energies. December 2022, Vol. 15, DOI: 10.3390/en15249630 [Scopus] (cited: 9)
9. A Review on Multi-Terminal High Voltage Direct Current Networks for Wind Power Integration. Energies. December 2022, Vol. 15, DOI: 10.3390/en15239016 [Scopus] (cited: 1)
10. Identification of harmonic source location in power distribution network. International Journal of Power Electronics and Drive Systems. June 2022, Vol. 13, P. 938-949. DOI: 10.11591/ijpeds.v13.i2.pp938-949 [Scopus]
11. Suppression of Instabilities in a Plasma Voltage Stabilizer. Applied Sciences (Switzerland). April-2 2022, Vol. 12, DOI: 10.3390/app12083915 [Scopus]
12. Computation of Nonlinear Load Harmonic Currents in the Presence of External Distortions. Computation. March 2022, Vol. 10, DOI: 10.3390/computation10030041 [Scopus] (cited: 13)
13. Selection of Software and Hardware Components of Devices Designing a Mesh Network Using Bluetooth 5.1. Proceedings of the 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2022. 2022, P. 101-105. DOI: 10.1109/ElConRus54750.2022.9755556 [Scopus]
14. Helmetooth - Device of Increasing Vision and Communication for Motorcyclists. Proceedings of the 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2022. 2022, P. 170-175. DOI: 10.1109/ElConRus54750.2022.9755550 [Scopus] (cited: 1)
15. Beam-plasma stabilizer for the new type of nuclear power energy systems. Applied Sciences (Switzerland). December-1 2021, Vol. 11, DOI: 10.3390/app112311419 [Scopus] (cited: 2)
16. Method for determining the optimal capacity of energy storage systems with a long-term forecast of power consumption. Energies. November-1 2021, Vol. 14, DOI: 10.3390/en14217098 [Scopus] (cited: 27)
17. Estimation of electricity generation by an electro-technical complex with photoelectric panels using statistical methods. Symmetry. July 2021, Vol. 13, DOI: 10.3390/sym13071278 [Scopus] (cited: 10)
18. Topology and control algorithms for a permanent magnet synchronous motor as a part of a vehicle with in-wheel motors. E3S Web of Conferences. 4 June 2021, Vol. 266, DOI: 10.1051/e3sconf/202126604001 [Scopus] (cited: 7)
19. Adaptive current protection in electrical complexes with small power plants. E3S Web of Conferences. 4 June 2021, Vol. 266, DOI: 10.1051/e3sconf/202126604002 [Scopus] (cited: 1)
20. Novel approach to collect and process power quality data in medium-voltage distribution grids. Symmetry. March 2021, Vol. 13, DOI: 10.3390/sym13030460 [Scopus] (cited: 19)
21. Features of Building MESH Networks Based on Bluetooth Low Energy 5.1 Technology. Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021. 26 January 2021, P. 81-84. DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396530 [Scopus] (cited: 3)
22. Temperature Error during MEMS Pressure Sensor Measurements. Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021. 26 January 2021, P. 98-101. DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396269 [Scopus] (cited: 5)
23. Comparative Analysis of Mesh and Thread Networks and their Application Possibility in the "smart Home" Systems. Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021. 26 January 2021, P. 8-11. DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396680 [Scopus] (cited: 4)
24. Features of the Development of the Functional Units for Submersible Blocks of Downhole Telemetry Systems. Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021. 26 January 2021, P. 164-167. DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396635 [Scopus] (cited: 5)
25. Training the Haar Cascade Classifier in Sorting Radio-Electronic Components. Automating the Collection of Images for Teaching. Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021. 26 January 2021, P. 1019-1022. DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396135 [Scopus] (cited: 3)
26. Automated Measurement of Oil-gas-water Mixture Component Composition in Pipeline. Proceedings - 2021 3rd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency, SUMMA 2021. 2021, P. 935-939. DOI: 10.1109/SUMMA53307.2021.9632165 [Scopus] (cited: 1)
27. A digital control system designed for ore thermal urnaces producing metallurgical silicon. Tsvetnye Metally. January 2021, Vol. 2021, P. 70-76. DOI: 10.17580/tsm.2021.01.08 [Scopus] (cited: 7)
Меню статьи
Система управления магистральной линией электропередачи постоянного тока с модульными многоуровневыми преобразователями

Похожие статьи

Неразрушающий контроль многослойных сред методом годографа скорости упругих волн
2020 А. И. Потапов, А. В. Кондратьев
Особенности учета анизотропии проницаемости в гидродинамической модели
2020 Р. И. Ермеков, В. П. Меркулов, О. С. Чернова, М. О. Коровин
Совершенствование геолого-гидродинамической модели карбонатного нефтяного объекта путем учета параметра анизотропии проницаемости
2020 Д. А. Мартюшев
Геохимический подход в оценке воздействия техногенных объектов на почвы
2020 Г. И. Сарапулова
Глубинное строение и геодинамические условия гранитоидного магматизма Востока России
2020 В. И. Алексеев
Обоснование вскрытия и подготовки модульного шахтоучастка при комбинированном способе добычи угля в Кузбассе на примере ШУ «Байкаимская»
2020 Р. И. Шишков, В. А. Федорин