一种用于动态模拟平台多换流站的协调控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于动态模拟平台多换流站的协调控制系统及方法，其协调控制系统包括：电压源换流器模块及功率接口模块；电压源换流器模块经功率接口模块与交流系统相连；电压源换流器模块包括：用于控制直流电压和无功功率的主站电压源换流器，及用于控制有功功率和无功功率的从站电压源换流器；功率接口模块包括：用于双向传输有功功率和无功功率的功率放大器、D/A板卡和A/D板卡。D/A板卡经功率放大器与线性变压器相连。本发明专利技术提供的技术方案能够在动态模拟平台上实现多台VSC的有序启动，减小了启动时产生的电压和电流的冲击，合理的设置VSC的工作模式，实现了多台VSC的稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种用于动态模拟平台多换流站的协调控制系统及方法
本专利技术涉及数模混合仿真领域，具体涉及一种用于动态模拟平台多换流站的协调控制系统及方法。
技术介绍
随着电力电子技术的发展和进步，柔性直流输电在解决远距离、大容量输电、新能源分布式电源接入及特大型交直流混合电网面临的诸多问题时都展现出了其特有的优势。作为新一代直流输电技术，柔性直流输电为构建直流电网和电网输送电能方式的变革提供了有效的解决方案。根据相似原理建立起来的电力系统物理模型，属于电力系统的物理模拟，采用了与原型系统具有相同物理性质且参数的标幺值一致的模拟元件。柔性直流输电系统的动态模拟有利于降低电力系统电压等级，便于对柔性直流输电系统的特性和出现的问题进行研究。电压源换流器(VoltageSourceConverter，VSC)是换流站的核心部件，柔性直流输电技术利用VSC中IGBT元件的可关断特性，分别对有功功率、交流电压、直流电压和无功功率进行独立控制，实现换流器的四象限运行。在柔性直流电网中，多台换流器的协调控制是工程应用中必然面临关键性问题。其中，多台换流站同时启动会给整个输电系统带来巨大的电压和电流冲击，是一个急需解决的问题，且多台换流器工作模式的选取对于输电系统长期的稳定运行也是至关重要的。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于动态模拟平台多换流站的协调控制系统及方法，其协调控制系统包括：电压源换流器模块及功率接口模块；电压源换流器模块经功率接口模块与交流系统相连；电压源换流器模块包括：用于控制直流电压和无功功率的主站电压源换流器，及用于控制有功功率和无功功率的从站电压源换流器；功率接口模块包括：用于双向传输有功功率和无功功率的功率放大器、D/A板卡和A/D板卡。D/A板卡经功率放大器与线性变压器相连。线性变压器与电压源换流模块中物理侧的输入端口母线相连；物理侧的输出端口母线分别经电流互感器和电压传感器与所述A/D板卡相连。功率放大器为四象限功率放大器。其协调控制方法包括以下步骤：1)在实时数字仿真设备中建立交流系统仿真模型；2)选择主站电压源换流器和从站电压源换流器的工作模式；3)将主站电压源换流器和从站电压源换流器依次接入交流系统仿真模型；4)当仿真模型中电容充电结束后，解锁从站电压源换流器；5)当交流系统进入稳态运行后，闭锁主站电压源换流器和从站电压源换流器，实时数字仿真设备与功率放大器的接口端停止运行。步骤2)中，主站电压源换流器控制直流电压和无功功率，从站电压源换流器控制有功功率和无功功率；主站电压源换流器和从站电压源换流器均采用矢量控制。将矢量控制分解为内环控制和外环控制；内环电流控制的d轴电压输出变量和q轴电压输出变量计算公式如下所示：式中：为外环控制器d轴的输出变量、为外环控制器q轴的输出变量、id为d轴的状态变量、iq为q轴的状态变量、ud为交流电网d轴的电压前馈量、uq为交流电网q轴的电压前馈量、ωLid为d轴的电压耦合补偿、ωLiq为q轴的电压耦合补偿、kp1和kp2分别为两个PI内环控制器的比例项系数，ki1和ki2分别为两个PI内环控制器的积分项系数。当负序电流为0时，正序d轴和q轴的电流参考值计算公式如下所示：其中，P*为有功功率参考值、Q*为无功功率参考值、ud为直流电压值。当采用直流电压控制时，正序d轴的电流参考值计算公式如下所示：其中，为直流电压参考值，kp3为第三PI内环控制器的比例项系数和ki3为第三PI内环控制器的积分项系数。步骤3)包括：3.1)启动实时仿真设备和功率接口设备，当交流系统的电压稳定后，进行预充电；3.2)在不控充电阶段，将主站电压源换流器接入交流系统，闭合其中设有限流电阻的断路器；3.3)将从站电压源换流器接入交流系统，闭合其中设有限流电阻的断路器；3.4)闭合不含限流电阻的断路器；3.5)进入可控充电阶段后，解锁主站电压换流站。在不控充电阶段，电容电压的最大值与其额定值之间的关系为：其中，uc0,max为电容电压的最大值，Uc0,rat为电容电压的额定值，k为电压调制比。电压调制比的计算公式为：其中，Um为交流侧相电压幅值，Udc为直流电压。在可控充电阶段，主站电压源换流器采用斜率电压控制方式。步骤4)包括：4.1)解锁从站电压源换流器，将从站电压源换流器的有功功率和无功功率的参考值设为0；4.2)当从站电压源换流器稳定后，调整有功功率和无功功率的参考值；4.3)当交流系统的功率稳定后，调整主站电压源换流器的无功功率参考值；4.4)交流系统进入稳态运行。步骤5)包括：5.1)当交流系统停止运行时，将从站电压源换流器的有功功率和无功功率的参考值设为0；5.2)当交流系统中电气量稳定后，闭锁所述从站电压源换流器；5.3)将主站电压源换流器的有功功率和无功功率的参考值设为0；5.4)当主站电压源换流器的电气量稳定后，闭锁主站电压源换流器；5.5)实时数字仿真设备与功率放大器的接口端停止运行。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术提供的方法能够在动态模拟平台上实现多台VSC的有序启动，减小启动时产生的电压和电流冲击，并对多台VSC的工作模式进行合理的设置，实现多台VSC的稳定运行。2、本专利技术设计的VSC的启动顺序和启动方式，有效的减小了VSC启动时对系统产生的冲击电压和电流。3、本专利技术确定了各个VSC的工作模式及闭锁顺序，实现了多台VSC合理稳定地运行。4、本专利技术适用于柔性直流电网多换流站系统，对实际工程中多换流站的启动和运行具有一定的指导意义。附图说明图1是本专利技术三换流站动模系统的结构框图；图2是本专利技术数模混合仿真的功率硬件接口示意图；图3是本专利技术的内环电流控制图；图4是本专利技术的有功功率控制图；图5是本专利技术的无功功率控制图；图6是本专利技术的直流电压控制图；图7是本专利技术单换流站中的阀侧结构图；图8是本专利技术单个IGBT的模块图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。由于柔性直流输电系统中含有大量的储能电容，所以VSC在进入稳态工作方式前，必须采用合适的启动控制来对这些电容进行预充电。多台VSC的协调控制分为启动控制和稳态控制两部分；VSC的启动控制一般有他励启动和自励启动两种，稳态控制有对等控制和主从控制两种。本专利技术的启动控制采用自励预充电启动，包含不控充电和可控充电两个阶段；稳态控制采用主从控制。本专利技术以三换流站动模系统为例，以下具体说明实现步骤：步骤1：仿真平台搭建如图1所示，在实时数字仿真设备RT-LAB中搭建的交流系统仿真模型，该模型含有两台同步发电机、若干变压器和交流负荷，仿真步长为20μs，其中Amp为四象限功率放大器，作为连接数字仿真和物理动模的接口，能够实现有功功率和无功功率的双向透明传输。VSC为换流器物理动模装置。整个系统是一个四象限数模混合仿真系统。如图2所示，将RT-LAB与三台VSC物理动模装置通过功率接口连接起来，接口算法采用压型理想变压器算法。功率接口设备包含四象限功率放大器、A/D和D/A板卡等。整个数模混合仿真的流程：首先，在RT-LAB上取三个节点作为交流系统的输出，通过D/A板卡转成模拟信号，经过功率放大器调理放大至动模装置所需求的电压传输到VSC物理动模装置，同时采集物理动模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于动态模拟平台多换流站的协调控制系统，其特征在于，所述协调控制系统包括：电压源换流器模块及功率接口模块；所述电压源换流器模块经所述功率接口模块与交流系统相连；所述电压源换流器模块包括：用于控制直流电压和无功功率的主站电压源换流器，及用于控制有功功率和无功功率的从站电压源换流器；所述功率接口模块包括：用于双向传输有功功率和无功功率的功率放大器。

【技术特征摘要】
1.一种用于动态模拟平台多换流站的协调控制系统，其特征在于，所述协调控制系统包括：电压源换流器模块及功率接口模块；所述电压源换流器模块经所述功率接口模块与交流系统相连；所述电压源换流器模块包括：用于控制直流电压和无功功率的主站电压源换流器，及用于控制有功功率和无功功率的从站电压源换流器；所述功率接口模块包括：用于双向传输有功功率和无功功率的功率放大器。2.如权利要求1所述的协调控制系统，其特征在于，所述功率接口模块还包括：D/A板卡和A/D板卡；所述D/A板卡经所述功率放大器与线性变压器相连；所述线性变压器与所述电压源换流器模块中物理侧的输入端口母线相连；所述物理侧的输出端口母线分别经电流互感器和电压传感器与所述A/D板卡相连。3.如权利要求2所述的协调控制系统，其特征在于，所述功率放大器为四象限功率放大器。4.一种如权利要求1-3任一所述用于动态模拟平台多换流站的协调控制方法，其特征在于，所述协调控制方法包括以下步骤：1)建立交流系统仿真模型；2)选择主站电压源换流器和从站电压源换流器的工作模式；3)将所述主站电压源换流器和所述从站电压源换流器依次接入所述交流系统仿真模型；4)当仿真模型中电容充电结束后，解锁所述从站电压源换流器；5)当交流系统进入稳态运行后，闭锁所述主站电压源换流器和从站电压源换流器，实时数字仿真设备与功率放大器的接口端停止运行。5.如权利要求4所述的协调控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述主站电压源换流器控制直流电压和无功功率，所述从站电压源换流器控制有功功率和无功功率；所述主站电压源换流器和所述从站电压源换流器均采用矢量控制。6.如权利要求5所述的协调控制方法，其特征在于，将所述矢量控制分解为内环电流控制和外环电流控制；按下所示计算所述内环电流控制的d轴电压输出量和q轴电压输出量：式中：为外环控制器d轴的输出变量、为外环控制器q轴的输出变量、id为d轴的状态变量、iq为q轴的状态变量、ud为交流电网d轴的电压前馈量、uq为交流电网q轴的电压前馈量、ωLid为d轴的电压耦合补偿、ωLiq为q轴的电压耦合补偿、kp1和kp2分别为第一PI内环控制器和第二PI内环控制器的比例项系数，ki1和ki2分别为第一PI内环控制器和第二PI内环控制器的积分项系数。7.如权利要求6所述的协调控制方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：江晨，朱琳，寇龙泽，翟雪冰，谷怀广，刘栋，康凯，田书然，曹检德，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，国家电网公司，国网山东省电力公司烟台供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11