针对高低阀级联组成的特高压混合直流输电系统，南京南瑞继保电气有限公司的随顺科、常昊添、邹强、李钢、卢宇，在2023年第4期《电气技术》上撰文，提出一种适用于柔直换流器的直流电压控制方法。 在选取单个柔直换流器作为定直流电压控制模式的基础上，其余定功率控制换流器加入分级辅助电压控制，稳态时精准控制直流功率，动态时针对不一样电压波动，分级投入电压辅助控制，快速平抑直流过电压、欠电压和长时振荡问题。在此基础上，级联结构中的多柔直换流器直流侧不经平波电抗而直接并联，为避免多换流器间振荡，加入直流阻尼操控方法。最后利用实时数字仿真（RTDS）系统搭建级联直流系统仿真模型，仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。
基于全控型电压源换流器（voltage source converter, VSC）的柔性直流输电系统随技术的发展及全控电力电子器件的不断成熟，使VSC和基于电网换相换流器（line commutated converter, LCC）的常规直流系统在特高压等级下的级联成为可能。在送端采用LCC双阀，受端采用VSC与LCC级联组成的特高压混合直流输电系统在我国大容量、远距离输电领域具有非常好的应用前景。
对于混合级联直流输电系统，直流电压的稳定决定了整个直流系统潮流的稳定。级联系统通过高阀LCC与低阀VSC级联组成，由于两种类型换流器的控制响应时间尺度大不相同，使高、低阀直流电压稳定控制成为该系统的核心技术之一。
目前，针对多柔直换流器互联，最常用的直流电压操控方法最重要的包含两类：一类为依靠换流站间高速通信的主从式控制，另一类为无需通信的裕度控制和下垂控制。主从式直流电压控制，主要依赖换流站间的高速通信，面对直流电压控制权的转移接管，能够精确处理直流电压站的选择问题，但是对直流电压波动的控制效果一般。裕度控制对控制参数选择要求比较高，易产生系统振荡问题。
下垂控制目前大范围的应用于多换流站互联的直流电压控制中，该方法不依赖高速的站间通信，系统可靠性高。但是，随着拓扑结构的变化，下垂控制并不完全适用，尤其对于混合级联结构，高端LCC阀实际为电流源控制，低阀多模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）并联后，如果直流电压控制策略设计不妥，直流电压突变或者调节时间太长，极易发生系统失稳与振荡。
另外，在采用MMC互联时，因换流器子模块电容电压的波动，各换流器阀控投切的不同步、非一致性等原因，给多换流器间带来了直流电流振荡问题。换流器直流侧不经平波电抗或者电抗较小的情况下，振荡尤为明显，极端情况下，还可能与直流线路产生交互影响，导致直流系统失稳。有文献针对三MMC并联进行研究，提出换流器间电流不平衡量功率补偿控制策略，但未提及换流器间直流电流振荡及抑制。
本文针对特高压混合级联直流输电系统受端低阀多MMC并联，直流侧电压控制问题及直流电流振荡抑制进行研究，提出在换流器控制中加入分级辅助电压控制，包括线性电压控制环节和自适应偏差斜率控制环节，分级投入，电压波动较小时，缩短调整时间，出现极端过电压、欠电压情况时，快速有效平抑直流电压。在此基础上，提出直流阻尼操控方法，消除电流振荡问题。最后，在实时数字仿真（real time digital simulation, RTDS）系统中，在系统稳态、阶跃、交流故障、换流器退出和阻尼投退等情况下分别对所提控制策略进行验证。
基于MMC组成的特高压混合级联直流输电系统拓扑结构如图1所示，站1送端高、低阀均采用LCC串联，站2受端采用高阀LCC与低阀MMC级联组成。其中，低阀由三个MMC不经平波电抗直接并联于低压直流母线，交流侧通过分层接入的形式分别接入不同系统。本文以此结构为例进行研究。
特高压混合级联直流输电系统在应用于大容量、远距离输电时，为避免在暂态过程中作为定直流电压站的LCC站难以跟踪VSC站的调节速度，导致系统直流电压和功率波动加剧，故选取受端作为定直流电压站，且定直流电压站的控制目标为维持送端整流站的直流电压恒定。具体的控制特点如下：
1）极直流电压控制。在特高压混合直流输电系统中，采用分层控制，极直流电压控制设置在极控层中，实现对极直流电压指令的计算、获取，并下发至换流器阀组控制层。在计算电压指令时，主要利用站间通信，获取送端端口电压，进而得到受端直流电压指令。在站间通信中断的情况下，依靠直流线路电阻参数、接线方式、直流电流等计算出线路压降，获得直流电压指令。
2）阀组直流电压控制。阀组控制层接收极控层的直流电压指令，进行本阀组端口电压控制。高阀LCC阀组，采用闭环调节触发角的方式控制本阀组端口直流电压。低阀MMC阀组，因多换流器并联，正常控制时，选取一个MMC作为定直流电压控制模式，其余换流器为定有功功率控制，精准控制功率指令。为实现该类精准功率控制，MMC采取直接电流矢量控制策略，外环实现定直流电压或有功功率控制，内环实现换流器电流的控制。
MMC作为一种电压源型换流器，由子模块对称级联而成，端口直流电压是通过投切子模块、将每个子模块上的电容电压叠加而成。此结构特点使MMC对直流电压的控制惯性大、调节时间长、速度响应受限。另外，受全控型电力电子器件电流容量影响，单换流器容量受到极大制约，目前无法与LCC直接匹配，在应对直流电压波动、需要功率大幅输出时，不足以满足功率差额需求，导致端口直流电压波动超过系统承受能力。
基于以上真实的情况，在级联系统应用中，必须找到一种既能精准控制功率，又能稳定快速平抑直流电压波动的方法，来保证实际工程中直流电压稳定运行。为此，本文提出一种分级直流电压辅助操控方法应用于有功功率控制模式的MMC。首先，第一级采用线性比例环节，叠加至功率控制环。
本环节的目的是在直流电压小扰动时，既能线性平滑地将直流电压控制至目标值范围，又能在直流电压大扰动之后，抑制其长时间反复振荡，加快恢复速度。
上述第一级线性辅助控制环节，与直流电压控制换流器共同作用，但在出现功率大幅缺额或者极端直流电压波动时，即使将线性比例系数Kp设置得较大仍不能够满足需求，且失去了第一级线性辅助控制环节存在的意义，因此加入第二级辅助电压控制，解决大扰动下过电压、欠电压的快恢复问题。
采用自适应斜率的直流电压偏差斜率控制作为第二级辅助控制环节，直流电压偏差斜率控制特性如图3所示，利用直流电压偏差控制策略的偏差特性实现换流器在稳态时不影响有功功率调节，利用直流电压斜率控制特性加快换流器的动态响应。
基于图3所示特性，在换流器功率指令值不变时，直流电压偏差斜率控制特性保持不变；在功率指令值调整后，自动调整直流电压偏差斜率控制特性，保证因直流电压的扰动，有功功率能在最大范围内进行辅助调整。
在MMC直流侧阻尼控制方面，本文主要是针对级联情况下，低端多换流器并联于母线，换流器间形成直流电流的振荡问题加以抑制。由于MMC的特有结构，通过各相子模块投切，输出电容电压的叠加组成直流电压，因此每个换流器直流侧电压不能体现为完全一致的特性，这就导致换流器间出现直流电流环流振荡。基于以上直流振荡的产生机理，以调整每个换流器输出直流电压为目标，加入直流阻尼控制环节如图4所示。
为了验证所提直流电压分级辅助控制策略和阻尼振荡抑制方法的有效性，以白鹤滩工程为例，在RTDS平台搭建如图1所示的特高压混合级联直流输电系统，送端整流站LCC采用定电流控制，受端逆变站高阀LCC采用定直流电压控制，VSC低阀MMC1采用定直流电压控制，MMC2和MMC3采用定有功功率控制，直流线MW，仿线 仿线 直流电压控制有效性验证
在送端满功率4000MW工况下，对直流电压进行5%阶跃试验，验证电压辅助控制效果，直流电压阶跃仿线为加入分级辅助电压控制后双阀端间电压、低端MMC直流电压，Udl2、Udc2为未加入分级辅助电压控制时的双阀端间电压、低端MMC直流电压。
图6 直流电压阶跃仿线可知，MMC加入分级辅助电压控制后，阶跃响应时间、超调量明显缩小，能够很快进入稳态。另外，低端MMC直流电压波动也会带来整个极层双阀直流电压的波动，若不加以控制，当直流电压波动加大时，不利于直流系统的稳定。
为进一步验证本文所提分级辅助电压控制策略的性能，满功率工况下，在处于定直流电压控制模式的MMC1网侧进行交流故障试验，故障时间100ms，三相金属性接地故障，MMC交流故障仿线 MMC交流故障仿线能够准确的看出，在MMC交流故障情况下，未加入分级电压控制策略时，直流极线%以上，直流电压同样波动剧烈，且需要更长的时间才能稳定，而加入分级辅助电压控制后，极线电流波动很小，即极直流功率波动较小，且直流电压能够迅速稳定，所需时间缩短1s以上。
为验证对直流电流振荡的阻尼压制效果，在MMC控制器中加入所述直流阻尼控制环节，进行投退对比，MMC直流阻尼控制仿线 MMC直流阻尼控制仿线时刻控制器投入直流阻尼控制，MMC2换流器直流电流谐波得到一定控制，仿线A，而换流器直流电压及功率未受影响。有必要注意一下的是，RTDS环境中，由于换流阀等一次模型较为理想，本身MMC间振荡较小，但在实际工程应用中，由于换流阀等一次设备的差异性，直流电流毛刺甚至振荡更明显，加入该环节后，系统稳定性及压制效果更具意义。
本文针对特高压混合级联直流输电系统的柔直换流器直流侧控制问题，提出了一种分级辅助电压控制策略，以及应对多换流器直流侧并联的直流阻尼操控方法。基于RTDS系统来进行策略研究，得出以下结论：
本工作成果发表在2023年第4期《电气技术》，论文标题为“适用于混合级联直流输电系统的柔直换流器直流侧操控方法”，作者为随顺科、常昊添 等。本课题得到国家电网有限公司总部科技项目的支持。
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