Bo Pang1; Xiao Jin2; Quanwang Zhang1; Yi Tang1; Kai Liao1; Jianwei Yang1; Zhengyou He1
1. Southwest Jiaotong University, Chengdu, China
2. State Grid Zhejiang Electric Power Company, Hangzhou, China
B. Pang et al., "Transient AC Overvoltage Suppression Orientated Reactive Power Control of the Wind Turbine in the LCC-HVDC Sending Grid," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, vol. 8, no. 2, pp. 152-161, June 2024, doi: 10.30941/CESTEMS.2024.00020.
摘 要
高压直流输电是解决清洁能源与负荷逆向分配的重要途径。基于线路换流器的HVDC（LCC-HVDC）以其技术成熟性和经济优势成为HVDC的一种重要结构。在LCC-HVDC发生换相失败等直流故障时，交流电网的无功调节总是滞后于直流控制过程，造成交流送出电网过电压，给基于电力电子器件的风力发电带来离网风险。然而，考虑到风力发电机组具有快速灵活的无功控制能力，优化风力发电机组的无功控制以参与送出电网的暂态过电压抑制，不仅提高了设备层面的运行安全性，而且增强了系统的电压稳定性。本文首先分析了风机无功功率对交流暂态过电压的影响。在此基础上，提出了一种改进的电压无功控制策略，包括无功控制延时补偿和基于电压时间序列预测的功率指令优化。采用时延补偿的方法来降低风机不合时宜的无功功率对暂态过电压的贡献，功率指令化使风机具有调节暂态过电压的能力，从而引起交流电压的变化，抑制暂态过电压。最后，在基于MATLAB/Simulink的±800kV/5000MW LCC-HVDC送出电网模型中验证了该方法的有效性和可行性。
Abstract
High-voltage direct current (HVDC) transmission is a crucial way to solve the reverse distribution of clean energy and loads. The line commutated converter-based HVDC (LCC-HVDC) has become a vital structure for HVDC due to its high technological maturity and economic advantages. During the DC fault of LCC-HVDC, such as commutation failure, the reactive power regulation of the AC grid always lags the DC control process, causing overvoltage in the AC sending grid, which brings off-grid risk to the wind power generation based on power electronic devices. Nevertheless, considering that wind turbine generators have fast and flexible reactive power control capability, optimizing the reactive power control of wind turbines to participate in the transient overvoltage suppression of the sending grid not only improves the operational safety at the equipment level but also enhances the voltage stability of the system. This paper firstly analyses the impact of wind turbine's reactive power on AC transient overvoltage. Then, it proposes an improved voltage-reactive power control strategy, which contains a reactive power control delay compensation and a power command optimization based on the voltage time series prediction. The delay compensation is used to reduce the contribution of the untimely reactive power of wind turbines on transient overvoltage, and the power command optimization enables wind turbines to have the ability to regulate transient overvoltage, leading to the variation of AC voltage, thus suppressing the transient overvoltage. Finally, the effectiveness and feasibility of the proposed method are verified in a ±800kV/5000MW LCC-HVDC sending grid model based on MATLAB/Simulink.
作者信息
庞博，1994 年出生于中国涡阳，分别于2016 年和 2021年在浙江大学电气工程学院获得学士和博士学位。目前就职于西南交通大学，任职助理教授，研究兴趣包括非理想电网下风力发电系统的电能质量、稳定性和增强运行控制。
金萧，1995 年出生于中国杭州，分别于2018 年和 2023年在浙江大学电气工程学院获得学士和博士学位。目前就职于国家电网浙江省电力公司，任职高级工程师，研究兴趣是风电接入LCC-HVDC系统的暂态分析和故障保护。
张权旺，2001年出生，西南交通大学在读硕士研究生，研究兴趣是新能源电力系统的暂态电压分析与控制。
汤怡，1999年出生，西南交通大学在读硕士研究生，研究兴趣是新能源电力系统的暂态电压分析与控制。
廖凯，分别于2011 年和 2016年在西南交通大学电气工程学院获得学士和博士学位。现任西南交通大学教授，曾任新加坡南洋理工大学专职研究员，研究兴趣包括风力发电控制，电力系统稳定性。
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《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》(CES TEMS)是中国电工技术学会和中国科学院电工研究所共同主办、IEEE PELS学会技术支持的英文学术期刊。期刊发表国内外有关高性能电机系统、电机驱动、电力电子、可再生能源系统、电气化交通等研发及应用领域中原创、前沿学术论文。中国工程院院士马伟明担任主编，IEEE的执委Don Tan博士为国际主编。目前已被EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中国科学引文数据库(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知网、万方、维普等数据库收录。
