Система управления магистральной линией электропередачи постоянного тока с модульными многоуровневыми преобразователями
- 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
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.
Литература
- 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
- 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
- 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
- Arrillaga J., Liu Y.H., Watson N.R. Flexible Power Transmission. The HVDC Options. 1st ed. Chichester: John Wiley, 2007, p. 362.
- 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
- 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)
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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).
- HVDC in china. Doubletree Systems, Inc. URL: www.dsius.com/cet/HVDCinChina_ EPRI2013_HVDC.pdf (date of access 14.03.2020)
- 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).
- 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
- Jovcic D., Ahmed K., Wiley J. High voltage direct current transmission : converters, systems and DC grids. 2007, p. 456.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Ottersten R. On control of back-to-back converters and sensorless induction machine drives. Chalmers University of Technology. Göteborg, 2003, p. 153.
- 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
- Sanjuan S.L. Voltage Oriented Control of Three-Phase Boost PWM Converters. Chalmers University of Technology. Göteborg, 2010, p. 105.
- 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
- Sardinia – Corsica – Italy Interconnection. Terna. URL: www.terna.it/en/projects/projects-common-interest/sardinia-corsica-italy-interconnection (date of access 14.03.2020).
- The Gotland HVDC link. ABB group. URL: new.abb.com/systems/hvdc/references/the-gotland-hvdc-link (date of access 14.03.2020).
- 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
- 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