电压源型换流器高压直流输电附加恒容阻尼控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电压源型换流器高压直流输电附加恒容阻尼控制方法，包括以下步骤：对系统进行振荡特性辨识，确定需要抑制的低频振荡模态；检测两区域发电机惯性中心转速差信号ω

Additional constant volume damping control method for HVDC source of voltage source converter

The invention discloses a voltage source converter based HVDC additional constant damping control method, which comprises the following steps: the oscillation characteristics of the system are identified, to determine the low frequency oscillation mode suppression; detection of two regional centers of inertia speed difference signal generator.

【技术实现步骤摘要】
电压源型换流器高压直流输电附加恒容阻尼控制方法
本专利技术属于高压直流输电领域，尤其是基于暂态能量原理的一种维持换流器传输容量恒定的电压源型换流器高压直流阻尼控制方法。
技术介绍
随着电网规模的日益扩大和直流输电的接入，我国已形成交直流大区互联电力系统，低频振荡对稳定性的影响越来越值得关注。鉴于电压源型换流器高压直流输电(voltagesourceconverterbasedhighvoltagedirectcurrenttransmission，VSC-HVDC)具有有功无功快速独立解耦控制的优势，利用其附加控制抑制电力系统低频振荡变得越来越有实用价值。目前常用的高压直流附加阻尼控制方法多采用电压源型换流器的有功功率调制来设计附加控制器，没有充分利用到电压源型换流器的调制能力。而电压源型换流器输送容量还较小，因此针对有功参与调制的调制量较小，对于严重故障引起的扰动会显得出力不足且参数协调配合较为复杂。所以，设计一种同时利用系统有功和无功功率进行调制、参数设计简单的附加控制器具有尤为重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种电压源型换流器高压直流输电附加恒容阻尼控制方法，在换流站参与功率调制的同时，保证了换流站输送容量的恒定，利于系统稳定运行。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种电压源型换流器高压直流输电附加恒容阻尼控制方法，包括以下步骤：步骤1：通过基于最小二乘-旋转不变技术的信号参数估计方法对系统进行振荡特性辨识，确定需要抑制的低频振荡模态；步骤2：检测两区域发电机惯性中心转速差信号ωAB，对ωAB取绝对值之后与预设的启动值Δω0进行比较，若|ωAB|>Δω0，则经过一定延时后启动控制器；步骤3：将ωAB作为控制器输入信号，ωAB通过增益环节放大并限幅后作为有功附加调制信号ΔPmod，将其与原有功整定值PI_ref相叠加作为新的有功整定值PI_ref11；步骤4：将有功调制信号作为无功调制环节输入，通过式得到的数学逻辑环节来得到无功调制信号ΔQmod，将其与原有功整定值QI_ref相叠加作为新的有功整定值QI_ref11；P0、Q0分别为有功和无功功率整定值，ΔPmod、ΔQmod分别为参与调制的有功和无功功率附加调制信号。进一步的，所述步骤4具体为：1)基于暂态能量原理的建模根据惯性中心坐标下对转子运动方程中的δI-II积分得到下式：定义暂态能量函数：V＝VP+VK+VD＝C；其中，暂态势能函数暂态动能函数阻尼耗散能函数δAB为区域A、B惯性中心角度差；ωAB为区域A、B惯性中心转子角速度差；MAB为区域A、B发电机的惯性时间常数；PmAB为区域A、B间发电机输出机械功率差；PeAB为区域A、B间发电机输出电磁功率差；DAB为区域A、B间发电机综合阻尼系数；2)换流站有功和无功控制规律系统负荷消耗功率：式中，Pi0、Qi0分别为负荷的额定有功功率和无功功率，Vi为母线i的实际电压，VNi为母线i的额定电压；定义系统阻尼耗散函数中的DABωAB为从区域A流向区域B的阻尼功率，用流出区域A的阻尼功率和流入区域B的阻尼功率来等效；设定系统有功功率和无功功率及其调制量的关系满足：式中，P0、Q0分别为VSC2有功和无功功率整定值，ΔPmod、ΔQmod分别为参与调制的有功和无功功率附加调制信号，c为常数；控制器输出限幅与换流站容量关系为：式中，η为控制器输出限幅与换流站容量之比；3)控制器运行区域上有功和无功之间的数学关系以有功功率调制量ΔPmod为自变量，对(2)式进行求解，得出无功功率调制量ΔQmod的表达式：进一步的，还包括步骤5：通过数字仿真软件验证控制方法的准确性和有效性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术方法利用换流站参与功率调制的同时，保证换流站输送容量的恒定，利于系统稳定运行；通过数学方法推导出的控制规律不依赖于具体的系统模型，因此具有很好的可移植性；此外，控制器参数设计简单，无需参数协调优化，易于工程实践。附图说明图1为恒容阻尼控制器结构图。图2为恒容阻尼控制器调制功率运行区域。图3为四机两区域系统结构图。图4为控制器不同增益k1下各振荡模态幅值变化曲线。图5为控制器不同增益k1下各振荡模态阻尼变化曲线。图6为母线8单相接地短路时投入恒容阻尼控制器前后区域A、B间惯性中心转子角速度差。图7为母线8三相接地短路时投入恒容阻尼控制器前后区域A、B间惯性中心转子角速度差。图8为母线9三相接地短路时投入恒容阻尼控制器前后区域A、B间惯性中心转子角速度差。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。对系统振荡的暂态能量进行分析和建模，从系统暂态能量的消耗机理出发，寻找暂态能量消耗与功率调制的关系，设计恒容阻尼控制器。本专利技术控制器的控制方法包括以下步骤：步骤1、对系统进行仿真，检测无扰动情况下两区域发电机的惯性中心转速差信号；并在换流站有功整定值处加0.02倍标幺值的阶跃扰动，再检测两区域发电机的惯性中心转速差信号；以测得的转速差减去无扰动情况下的转速差作为辨识信号，采用最小二乘-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)方法对系统进行振荡特性辨识，得到系统振荡模态信息。步骤2、检测两区域发电机惯性中心转速差信号ωAB，对ωAB取绝对值之后与预设的启动值Δω0进行比较，若|ωAB|>Δω0,则经过一定延时后启动控制器，将ωAB作为控制器输入信号，ωAB通过增益环节放大并限幅后作为有功附加调制信号ΔPmod，将其与原有功整定值PI_ref相叠加作为新的有功整定值PI_ref11。步骤3、将有功调制信号作为无功调制环节输入，通过以式(4)得到的数学逻辑环节得到无功调制信号Qmod，将其与原有功整定值QI_ref相叠加作为新的有功整定值QI_ref11。下面通过实例详细阐述本专利技术方法及其达到的有益效果。一、基于暂态能量原理的建模分析根据惯性中心坐标下对转子运动方程中的δI-II积分得到下式：定义暂态能量函数：V＝VP+VK+VD＝C；其中，暂态势能函数暂态动能函数阻尼耗散能函数式中，δAB为区域A、B惯性中心角度差；ωAB为区域A、B惯性中心转子角速度差；MAB为区域A、B发电机的惯性时间常数；PmAB为区域A、B间发电机输出机械功率差；PeAB为区域A、B间发电机输出电磁功率差；DAB为区域A、B间发电机综合阻尼系数。二、换流站有功和无功控制规律系统负荷消耗功率：式中，Pi0、Qi0分别为负荷的额定有功功率和无功功率，Vi为母线i的实际电压，VNi为母线i的额定电压。定义系统阻尼耗散函数中的DABωAB为从区域A流向区域B的阻尼功率，用流出区域A的阻尼功率和流入区域B的阻尼功率来等效。对于有功功率参与调制的情况，利用直流有功调制构造一个从区域A流向区域B的功率ΔPdc＝k1ωAB,k1＞0，则ΔPdc的作用与系统阻尼功率PD的作用相同，相当于增大了系统的阻尼功率，系统阻尼得到提升。对于无功功率参与调制的情况，由无功调制产生等效阻尼功率需通过无功与电压的关系来间接实现。从式(1)可以看出，换流站无功调制可提升(增大换流站注入无功时)或降低(减小换流站注入无功时)系统母线电压；系统母线电压升高或降低又会使负荷消耗的有功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源型换流器高压直流输电附加恒容阻尼控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过基于最小二乘‑旋转不变技术的信号参数估计方法对系统进行振荡特性辨识，确定需要抑制的低频振荡模态；步骤2：检测两区域发电机惯性中心转速差信号ω

【技术特征摘要】
1.一种电压源型换流器高压直流输电附加恒容阻尼控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过基于最小二乘-旋转不变技术的信号参数估计方法对系统进行振荡特性辨识，确定需要抑制的低频振荡模态；步骤2：检测两区域发电机惯性中心转速差信号ωAB，对ωAB取绝对值之后与预设的启动值Δω0进行比较，若|ωAB|>Δω0，则经过一定延时后启动控制器；步骤3：将ωAB作为控制器输入信号，ωAB通过增益环节放大并限幅后作为有功附加调制信号ΔPmod，将其与原有功整定值PI_ref相叠加作为新的有功整定值PI_ref11；步骤4：将有功调制信号作为无功调制环节输入，通过式得到的数学逻辑环节来得到无功调制信号ΔQmod，将其与原有功整定值QI_ref相叠加作为新的有功整定值QI_ref11；P0、Q0分别为有功和无功功率整定值，ΔPmod、ΔQmod分别为参与调制的有功和无功功率附加调制信号。2.如权利要求1所述的电压源型换流器高压直流输电附加恒容阻尼控制方法，其特征在于，所述步骤4具体为：1)基于暂态能量原理的建模根据惯性中心坐标下对转子运动方程中的δI-II积分得到下式：定义暂态能量函数：V＝VP+VK+VD＝C；其中，暂态势能函数暂态动能函数阻尼耗散能函数δAB为区域A、B惯性中心角度差；ωAB为区域A、B惯性中心转子角速度差；MAB为区域A、B发电机的惯性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张英敏，蒋容，刘天琪，刘凯，曾琦，杨林，李志晗，邓旗，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51