一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统技术方案

技术编号:18402806 阅读:31 留言:0更新日期:2018-07-08 21:34
本发明专利技术提供了一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统,该系统包括:依次连接的外环功率补偿阻尼控制算法模块、电流内环解耦阻尼控制算法模块、参考电压坐标系转换模块、阀控器模块和等值模型模块,所述等值模型模块分别与锁相环模块、电压坐标系转换模块和电流坐标系转换模块连接,所述锁相环模块分别与电压坐标系转换模块和电流坐标系转换模块连接。本发明专利技术提供的技术方案能够大大地提高VSC连接弱电网的功率输送能力和稳定性,控制算法简单,易于实现,无需额外的外围硬件电路,并且无需动态调整功率补偿阻尼控制算法的系数,补偿的功率值能够根据PCC点电压的波动程度和实际输送的功率动态调整。

A double closed loop damping control system to improve the stability of VSC connection and weak current network

The invention provides a double closed loop damping control system for improving the stability of the VSC connection and AC weak electric network. The system includes the outer ring power compensation damping control algorithm module, the current loop decoupling damping control algorithm module, the reference voltage coordinate system conversion module, the valve controller module and the equivalent model module. The module of the equivalent model is connected with the phase-locked loop module, the voltage coordinate system conversion module and the current coordinate system conversion module. The phase-locked loop module is connected with the voltage coordinate system conversion module and the current coordinate system conversion module respectively. The technical scheme provided by the invention can greatly improve the power transmission capacity and stability of the VSC connected weak electric network. The control algorithm is simple and easy to be realized, without additional peripheral hardware circuit, and without the need to dynamically adjust the coefficient of the power compensation damping control algorithm, the compensation work rate can be based on the wave range of the PCC point voltage. The dynamic adjustment of the power and the actual transmission.

【技术实现步骤摘要】
一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统
本专利技术属于电压源型换流器领域,具体讲涉及一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统。
技术介绍
随着风电和光伏等可再能源的发展,使用VSC-HVDC(电压源型的直流输电技术)将可再生能源产生的电能外送,克服了交流输电时功率输送受限的制约,有利于提高可再生能源的使用效率。VSC-HVDC系统由两个及以上的换流站和直流输电线路构成,在某些特殊场合需要使用VSC-HVDC为所连接的交流弱电网提供功率和频率支撑。在这种情况下,提高VSC-HVDC所连接的交流弱电网的功率输送能力和稳定性具有重大的实际意义。提高整个系统的功率输送能力和稳定性需要在提高单个VSC(voltagesourceconverter,电压源换流器)的稳定性上着手,因此,提高单个VSC的功率输送能力和稳定性是提高整个系统稳定性的基础。由于与弱电网连接的VSC需要采用定有功功率和定交流电压控制策略,因此解决该控制策略下的VSC阻尼特性是提高系统功率输送能力和稳定性的前提。实际运行中的VSC需要根据调度中心发出的调度指令改变实际功率输出值,并且还需PCC点交流电压保持不变。在PCC(公共连接点)点交流电压稳定的情况下,提高系统功率输送也就是提高交流系统等值电源与PCC点电压之间的相位差。VSC的稳定性主要由外环闭环传递函数的特性决定,而该特性与控制器形式及其参数有很大关系,提高VSC稳定性的思路一般是从提高系统阻尼特性的角度出发。有功功率控制情况下的VSC给系统带来了负阻尼特性,负阻尼特性的程度不仅与输送的功率有关,还与交流系统的短路比有关。在极弱电网连接下的VSC,由于交流电网等值阻抗较大,PCC点无功功率的需求与传递的有功功率之间呈现严重的非线性关系,提高VSC功率输送能力和稳定性与VSC在PCC点提供的无功功率具有很大的关系。因此,需要提供一种提高VSC连接交流弱电网的稳定性的方法。
技术实现思路
为满足现有技术的需要,本专利技术提出了一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统。一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统,所述系统包括:依次连接的外环功率补偿阻尼控制算法模块、电流内环解耦阻尼控制算法模块、参考电压坐标系转换模块、阀控器模块和等值模型模块,所述等值模型模块分别与锁相环模块、电压坐标系转换模块和电流坐标系转换模块连接,所述锁相环模块分别与电压坐标系转换模块和电流坐标系转换模块连接。进一步的,所述等值模型模块包括:依次连接的交流系统等值电源、交流系统等值阻抗、变压器等效阻抗和VSC,所述交流系统等值电源的另一端接地,所述交流系统等值阻抗和变压器等效阻抗的连接点为公共连接点PCC点,所述PCC点与投切开关连接,所述投切开关的另一端与补偿电容连接,所述补偿电容的另一端接地。进一步的,所述等值模型如下式所示:其中,Lg和Rg为交流系统的等效电感和电阻;Lt和Rt为变压器的等效电感和电阻;Cf为无功补偿电容;ω为交流系统基波角频率;ugd和ugq、usd和usq、ucd和ucq分别为交流系统等值电源电压、PCC点电压、VSC交流侧电压在dq坐标系上的d轴和q轴分量;igd和igq为电网三相电流在d轴和q轴上的分量;isd和isq为电压源换流器VSC三相电流在d轴和q轴上的分量。进一步的,所述外环功率补偿阻尼控制算法包括:有功功率补偿值Pcom和无功功率补偿值Qcom分别如下式所示:其中,U*s为PCC点相电压幅值的参考值;Us为PCC点电压;sign(x)为符号函数;d2和d1分别有功功率和无功功率的补偿系数,d1≥0,d2≥0;P为有功功率;Q为无功功率;定交流电压控制器输出的无功功率如下式所示:其中,U*s为PCC点相电压幅值的参考值;Guac(s)为定交流电压控制器;Uref为定交流电压控制器的参考值;Us为PCC点电压;sign(x)为符号函数。进一步的,定交流电压控制器Guac(s)如下式所示:其中,kpac和kiac分别为比例系数和积分系数,s为拉普拉斯算子;定交流电压控制器的参考值Uref如下式所示:其中,d3为参考值的微调系数,d3≥0。进一步的,根据所述外环功率补偿阻尼控制算法得到有功功率参考值和无功功率参考值;所述有功功率参考值Pref和无功功率参考值Qref分别如下式所示:其中,P*为调度中心发出的VSC期望输出有功功率;Q*为定交流电压控制器输出的无功功率;Pcom为有功功率补偿值;Qcom为无功功率补偿值。进一步的,所述电流内环解耦阻尼控制算法模块包括:I、将功率参考值转换为电流参考值;II、根据电流参考值得到电流内环解耦阻尼控制方程。进一步的,所述步骤I包括:根据直接功率控制方式,得到交流系统平衡状态下d轴和q轴的参考电流如下式所示:其中,Pref为有功功率参考值;Qref为无功功率参考值;usd和usq分别为PCC点电压在dq坐标系下的d轴和q轴分量。进一步的,所述步骤II包括:所述电流内环解耦阻尼控制方程中,VSC交流侧期望输出的d轴和q轴的参考电压u*cd和u*cq如下式所示:其中,usd和usq分别为PCC点电压在dq坐标系下的d轴和q轴分量;Gisd(s)和Gisq(s)分别为d轴和q轴的PI控制器;和分别为交流系统平衡状态下d轴和q轴的参考电流;igd和igq为电网三相电流在d轴和q轴上的分量;isd和isq为电压源换流器VSC三相电流在d轴和q轴上的分量;ω为交流系统基波角频率;Lt为变压器的等效电感;Zgvir(s)和Zsvir(s)分别为d轴和q轴的有源虚拟阻抗。进一步的,d轴和q轴的PI控制器Gisd(s)和Gisq(s)分别如下式所示:其中,kpisd和kiisd分别为d轴PI控制器的比例系数和积分系数,kpisq和kiisq分别为q轴PI控制器的比例系数和积分系数;s为拉普拉斯算子;d轴方程和q轴方程中的有源虚拟阻抗Zgvir(s)和Zsvir(s)分别如下式所示:其中,Rgvir和Rsvir分别为反馈电网电流和VSC电流所需要乘以的阻尼有源虚拟电阻;HPFgvir(s)和HPFsvir(s)分别为反馈电网电流和VSC电流所需要乘以的高通滤波器。与最接近的现有技术比,本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果:1、本专利技术提供的技术方案能够大大地提高VSC连接弱电网的功率输送能力和稳定性,经仿真测试,在短路比SCR=1的情况下,可以将功率输送能力提高到0.98p.u.以上,等值电源电压与PCC点电压相位差的绝对值提高到80°以上。2、本专利技术提供的技术方案算法简单,易于实现,无需额外的外围硬件电路,并且无需动态调整功率补偿阻尼控制算法的系数,补偿的功率值能够根据PCC点电压的波动程度和实际输送的功率动态调整。3、本专利技术提供的技术方案的外环功率补偿阻尼控制算法只在动态过程中起作用,稳态情况下并不影响调度中心期望VSC输送的有功功率。4、本专利技术提供的技术方案的电流内环解耦阻尼控制算法避免了电容电流的检测,切除补偿电容因故障后并不影响系统的稳定性和持续运行能力。5、本专利技术提供的技术方案是一统一的控制方法,具有统一PCC点是否存在电容以及其它装置的功能。附图说明图1为VSC换流站及其交流系统等值模型;图2为本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统,其特征在于,所述系统包括:外环功率补偿阻尼控制算法模块,用于计算有功功率参考值和无功功率参考值;电流内环解耦阻尼控制算法模块,用于计算VSC交流侧期望输出的d轴和q轴的参考电压;参考电压坐标系转换模块,用于将dq坐标系转换成三相静止坐标系;阀控器模块和等值模型模块,所述等值模型模块分别与锁相环模块、电压坐标系转换模块和电流坐标系转换模块连接,所述锁相环模块分别与电压坐标系转换模块和电流坐标系转换模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统,其特征在于,所述系统包括:外环功率补偿阻尼控制算法模块,用于计算有功功率参考值和无功功率参考值;电流内环解耦阻尼控制算法模块,用于计算VSC交流侧期望输出的d轴和q轴的参考电压;参考电压坐标系转换模块,用于将dq坐标系转换成三相静止坐标系;阀控器模块和等值模型模块,所述等值模型模块分别与锁相环模块、电压坐标系转换模块和电流坐标系转换模块连接,所述锁相环模块分别与电压坐标系转换模块和电流坐标系转换模块连接。2.如权利要求1所述的一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统,其特征在于,所述等值模型模块包括:依次连接的交流系统等值电源、交流系统等值阻抗、变压器等效阻抗和VSC,所述交流系统等值电源的另一端接地,所述交流系统等值阻抗和变压器等效阻抗的连接点为公共连接点PCC点,所述PCC点与投切开关连接,所述投切开关的另一端与补偿电容连接,所述补偿电容的另一端接地。3.如权利要求2所述的一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统,其特征在于,所述等值模型如下式所示:其中,Lg和Rg为交流系统的等效电感和电阻;Lt和Rt为变压器的等效电感和电阻;Cf为无功补偿电容;ω为交流系统基波角频率;ugd和ugq、usd和usq、ucd和ucq分别为交流系统等值电源电压、PCC点电压、VSC交流侧电压在dq坐标系上的d轴和q轴分量;igd和igq为电网三相电流在d轴和q轴上的分量;isd和isq为电压源换流器VSC三相电流在d轴和q轴上的分量。4.如权利要求1所述的一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统,其特征在于,所述外环功率补偿阻尼控制算法包括:有功功率补偿值Pcom和无功功率补偿值Qcom分别如下式所示:其中,U*s为PCC点相电压幅值的参考值;Us为PCC点电压;sign(x)为符号函数;d2和d1分别有功功率和无功功率的补偿系数,d1≥0,d2≥0;P为有功功率;Q为无功功率;定交流电压控制器输出的无功功率如下式所示:其中,U*s为PCC点相电压幅值的参考值;Guac(s)为定交流电压控制器;Uref为定交流电压控制器的参考值;Us为PCC点电压;sign(x)为符号函数。5.如权利要求4所述的一种提高VSC连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统,其特征在于,定交流电压控制器Guac(s)如下式所示:其中,kpac和kiac分别为比例系数和积分系数,s为拉普拉斯算子;定交流电压控制器的参考值Uref如...

【专利技术属性】
技术研发人员:李云丰吴亚楠杨杰孔明贺之渊汤广福
申请(专利权)人:全球能源互联网研究院国家电网公司国网辽宁省电力有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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