但与常规直流输电不同的是,柔性直流输电中的阀级控制保护系统远为复杂。尤其是在模块化多电平柔性直流输电系统中,换流站级控制器(简称极控或者站控)只承担一部分控制和保护功能,对阀体的控制保护更多依赖阀级控制器完成。包括根据换流站级控制信号的要求产生换流阀子模块的控制信号,进行数据处理和汇总,以及实现换流阀的保护等功能(如图4所示)。因此,柔性直流控制保护系统通常需要实现纳秒级的高速同步控制,以满足柔性直流输电控制系统高实时性的要求。
图4站控及阀控系统
柔性直流换流站级控制系统除实现系统的正常启动、停运操作外,还包括稳态的功率控制和调节,其功率控制器包括有功类功率控制器和无功类功率控制器,有功类控制器包括有功功率控制和直流电压控制;无功类控制器包括无功功率控制和交流电压控制。一般来说,双端柔性直流系统的正常运行需要一站控制直流电压,另一端控制有功功率,而两站的无功调节相互独立,可以自由选择控制无功还是交流电压。在控制策略上,无论采用两电平还是模块化多电平换流器技术,其交流侧具有类似的等效数学模型,因此均可采用相同的站级控制策略。在众多的站级控制策略中,直接电流矢量控制策略以较高的电流响应速度和精确的电流控制效果已成为电压源型换流器的主流控制技术。
模块化多电平换流器与常规直流输电和两电平柔性直流输电控制系统的区别主要在阀级。柔性直流输电中的阀基控制器(valvebasecontroller,VBC)是实现站级控制系统与底层子模块控制的中间接口,用于实现阀臂的控制、保护、监测及与站控系统以及换流阀的通信,同时实现子模块电容电压平衡功能以及环流控制功能,这是保证模块化多电平柔性直流系统正常运行的关键。由于高压大容量系统的阀臂往往由数百个子模块组成,为保证各个子模块之间的电压平衡,VBC对子模块数据的处理速度要求极高,往往在100μs以下,这种大规模子模块的高速控制平衡技术,对阀控设计提出了很大的挑战。同时,模块化多电平技术所特有的环流现象会引起换流阀电流应力以及损耗水平的上升,严重时会造成系统失稳无法运行,因此环流控制策略的设计也成为阀控中的关键环节。
