柔性直流输电换流器功率调整方法技术

本发明专利技术涉及一种柔性直流输电换流器功率调整方法，属于电力系统柔性直流输电技术领域。该策略包括控制分析换流器功率数学模型和控制方式；根据分析模型和控制方式发现换流器有功和无功功率解耦PI控制方式；根据控制PI值限制功率输出和交流电压偏差有效值得到正负序补偿电流。通过本发明专利技术解决了系统网侧发生对称或不对称故障时的过流问题以及增强MMC换流器的低压穿越能力。能够对故障时过流进行有效抑制，同时增强了换流器的低压穿越能力，并能有效地应用于不同场合。

【技术实现步骤摘要】
柔性直流输电换流器功率调整方法
本专利技术涉及电力系统柔性直流输电
，特别涉及一种柔性直流输电换流器功率调整方法，是MMC柔性直流输电系统网侧故障时紧急功率支援控制策略。
技术介绍
随着我国经济的快速增长，对能源的需求进一步提高。目前，我国己经形成了以火电和水电为主体，风能，太阳能等新能源和可再生能源全面发展的能源供给格局。与此同时，我国大型煤电和风电基地主要分布在西部和西北部地区，水电基地集中在西南地区，发电基地距离负荷中心较远。为实现电力大规模外送和大范围优化配置，必须发展有效的能源输送方式，基于模块化多电平换流器MMC-HVDC(ModularMultilevelConverterBasedonHVDC，MMC-HVDC)的柔性直流输电系统应运而生。模块化多电平换流器是通过子模块级联的方式替代传统开关器件直接串联的方式，凭借着其模块化、可自关断、低谐波含量、开关频率低和损耗、电压等级容易拓展等优点受到广泛关注，像其它换流器一样，同时它可以实现有功功率和无功功率单独控制，在它能力曲线范围内，MMC可以通过改变输出的无功功率来调节交流系统电压，可实现静止无功补偿功能。根据其技术优点，柔性直流输电技术适用于风场并网、交流系统异步互联、孤岛供电、分布式发电并网、多端直流输电和城市配电网地下改造等领域，因此模块化多电平换流器高压直流输电技术的应用越来越受到关注。为了维持交流母线电压稳定，一种方法是上述所讲的消除谐波分量，另一种方法就是控制功率输出。目前，通过dq解耦控制消除谐波分量方法已应用在MMC控制系统当中，在没有任何控制方式的情况下，当系统交流侧发生故障时，由于内外环控制速率太慢，很容易造成系统过流问题，以及弱电网故障清除后过电压问题，因此，当发生交流故障时如何控制MMC换流器功率输出是解决问题的关键。此外，电网操作人员需要每一个连接电网的换流器都具有低压穿越能力，这对MMC换流器无功功率控制有更高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性直流输电换流器功率调整方法，解决了现有技术存在的交流侧系统故障时的过流问题以及增强MMC换流器的低压穿越能力。通过限制功率PI参数抑制电流过流问题，同时采取交流电压偏差有效值生成支援电流参考值Δiref，当三相对地故障时生成只控制正序电流当单相对地故障时生成只控制负序电流，以提升换流器低压穿越能力。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：柔性直流输电换流器功率调整方法，具体步骤如下：步骤1：对模块化多电平柔性直流输电系统模型进行简化，用以测试所述调整方法；步骤2：建立系统模型功率数学模型；步骤3：确定系统主控制方法；步骤4：确定发生故障时抑制过电流控制方法；步骤5：确定MMC无功支援控制。步骤1所述的模块化多电平柔性直流输电系统的简化模型，其中MMC1与MMC2为模块化多电平换流器，两侧交流系统由戴维南等效为交流电压源和交流阻抗，通过变压器将交流电源和MMC相连，直流侧背靠背由电缆直接连接。步骤2所述建立系统模型功率数学模型，确定从交流系统输送到MMC换流站的有功和武功功率数学表达式。步骤3所述确定系统的主控制方式采用矢量控制；对MMC1采用定直流电压和定无功功率控制，MMC2采用定有功功率和定无功功率控制；控制系统采用正序和负序控制策略。步骤4所述确定发生故障时抑制过电流控制方法，在端口2网侧做三相短路接地故障，分析故障时换流站阀侧电能质量，根据稳态功率表达式，通过限制外环功率PI值，抑制故障时过电流。步骤5所述确定MMC无功支援控制的方法是：当交流故障时可以提供无功功率以支撑交流电压；进一步改善MMC性能，检测故障时换流器网侧母线电压，当交流电压下垂时进行无功支援。本专利技术的有益效果在于：限制功率外环PI值输出，同时对内环正负序电流dq解耦控制策略，当系统发生对称和不对称交流故障时，根据网侧电压偏差控制，对应单独提供正序和负序无功电流支援。本策略对支撑交流电压的无功电流支援效果明显。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为MMC-HVDC简化模型；图2为基本控制策略；图3为三相接地故障时电压、电流波形；图4为加控制后电流波形；图5为电压偏差控制原理图；图6为电压偏差控制流程图；图7为加正序控制后电压、电流波形；图8为三相故障时功率变化；图9为负序电流控制策略；图10为加负序控制后电压、电流波形；图11为id正负序电流分量。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。参见图1至图10所示，本专利技术的柔性直流输电换流器功率调整方法，该策略包括控制分析换流器功率数学模型和控制方式；根据分析模型和控制方式发现换流器有功和无功功率解耦PI控制方式；根据控制PI值限制功率输出和交流电压偏差有效值得到正负序补偿电流。通过本专利技术解决了系统网侧发生对称或不对称故障时的过流问题以及增强MMC换流器的低压穿越能力。能够对故障时过流进行有效抑制，同时增强了换流器的低压穿越能力，并能有效地应用于不同场合。具体步骤如下：步骤1：对模块化多电平柔性直流输电系统模型进行简化，用以测试所述调整方法；步骤2：建立系统模型功率数学模型；步骤3：确定系统主控制方法；步骤4：确定发生故障时抑制过电流控制方法；步骤5：确定MMC无功支援控制。步骤1所述的模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)系统的简化模型如图1所示，其中MMC1与MMC2为模块化多电平换流器，两侧交流系统由戴维南等效为交流电压源和交流阻抗，通过变压器将交流电源和MMC相连，直流侧背靠背由电缆直接连接。步骤2所述建立模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)系统模型功率数学模型，确定从交流系统输送到MMC换流站的有功和武功功率数学表达式。步骤3所述确定模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)系统的主控制方式采用矢量控制；对MMC1采用定直流电压和定无功功率控制，MMC2采用定有功功率和定无功功率控制；控制系统采用正序和负序控制策略。步骤4所述确定发生故障时抑制过电流控制方法，在端口2网侧做三相短路接地故障，分析故障时换流站阀侧电能质量，根据稳态功率表达式，通过限制外环功率PI值，抑制故障时过电流。步骤5所述确定MMC无功支援控制的方法是：当交流故障时可以提供无功功率以支撑交流电压；进一步改善MMC性能，检测故障时换流器网侧母线电压，当交流电压下垂时进行无功支援。本专利技术对模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)系统模型进行了等效简化，如图1所示，用以测试所提出的控制策略。其中MMC1与MMC2为模块化多电平换流器，两侧交流系统由戴维南等效为交流电压源和交流阻抗，通过变压器将交流电源和MMC相连，直流侧背靠背由电缆直接连接。所述MMC-HVDC系统具体参数由表1列出。表1系统主要参数从交流系统输送到MMC换流站的有功和无功功率数学表达式为：P＝P0+P1sin(2ωt)+P2cos(2ωt)Q＝Q0+Q1sin(2ωt)+Q2cos(2ωt)其中稳态时uq为0，同时为了预防MMC中电力电子器件过流，控制功率参考值时负序电流设置为0，从而得到稳态时功率表达式为：根据稳态时MMC换流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性直流输电换流器功率调整方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤1：对模块化多电平柔性直流输电系统模型进行简化，用以测试所述调整方法；步骤2：建立系统模型功率数学模型；步骤3：确定系统主控制方法；步骤4：确定发生故障时抑制过电流控制方法；步骤5：确定MMC无功支援控制。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电换流器功率调整方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤1：对模块化多电平柔性直流输电系统模型进行简化，用以测试所述调整方法；步骤2：建立系统模型功率数学模型；步骤3：确定系统主控制方法；步骤4：确定发生故障时抑制过电流控制方法；步骤5：确定MMC无功支援控制。2.根据权利要求1所述的柔性直流输电换流器功率调整方法，其特征在于：步骤1所述的模块化多电平柔性直流输电系统的简化模型，其中的MMC1与MMC2为模块化多电平换流器，两侧交流系统由戴维南等效为交流电压源和交流阻抗，通过变压器将交流电源和MMC相连，直流侧背靠背由电缆直接连接。3.根据权利要求1所述的柔性直流输电换流器功率调整方法，其特征在于：步骤2所述建立系统模型功率数学模型，确定从交流系统输送到MMC换流站的有功和武功功率数...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜镇宇，阳岳希，杨杰，江伟，黄道姗，涂莉，张慧瑜，许韦华，宋祯子，辛业春，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，东北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11