摘要
混合直流输电系统综合了电网换相型换流器（Line Commutated Converter，LCC）和模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）两类换流器的优势，具有良好的发展前景。混合直流输电系统送端发生交流故障后受端直流电压高于送端，导致功率传输中断，影响系统安全稳定运行。近年来，随着混合直流输电系统送端交流电网新能源渗透率的日益提高，系统惯量水平大幅降低，频率稳定问题也日趋突出。因此，为了有效解决送端交流系统频率稳定性问题和送端交流系统故障穿越问题，亟需研究高比例新能源经混合直流输电系统的稳定性提升控制策略。 针对含高比例新能源的混合直流输电系统面临的难点问题，本文在分析系统调频与故障穿越需求的基础上，分别提出了直流系统主动支撑送端系统频率的多时间尺度协调控制方法及交流故障穿越控制策略。 首先，建立混合直流输电系统数学模型，揭示混合直流输电系统运行特性。以送端交流系统的一次调频最大备用容量和不平衡功率划分频率支撑需求情景，由此确定同步机和直流所需承担调频任务。此外，通过分析故障后和故障清除后两端换流站直流电压的变化特点，阐述送端交流故障特性，以充分挖掘受端混合型MMC调压能力来维持电力系统安全稳定运行，为后续研究和相应的策略设计奠定基础。 然后，针对送端频率稳定性问题，综合考虑混合直流输电系统与传统同步电源的频率响应特性，提出了直流系统的多时间尺度调频控制策略，使其同时具备惯量支撑与一次调频的能力；结合同步机一次调频最大备用容量，设计了直流系统调频控制策略的死区值，实现了不同场景下直流系统惯量支撑与一次调频作用的自适应切换，在保证送端交流系统频率稳定的同时实现同步机调频能力的充分利用；在此基础上，分析了不同场景下频率支撑协调控制策略的动态响应特性，进一步凸显了其相比于现有控制策略的优越性，并通过仿真验证了所提方法的有效性。 最后，针对混合直流输电向无源网络供电场景，其送端交流侧发生故障会引起功率传输中断问题，基于换流器工作原理及故障后无源网络频率响应特性，提出了一种送端交流故障穿越控制策略。利用全桥子模块工作特性实现了对MMC直流电压的灵活调节，快速恢复直流功率传输的同时减小故障清除后的直流冲击电流。同时，使无源网络的频率跟随逆变侧直流电压变化，利用负荷自身频率调节特性主动消纳系统不平衡功率。仿真结果表明，所提送端交流故障穿越控制策略，在有效避免切负荷的同时实现故障穿越。
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