一种直流换流站多控制方式无扰动切换方法技术

本发明专利技术公开了属于电力系统输电控制技术领域的一种直流换流站多控制方式无扰动切换方法。无扰动切换控制方式是指多种控制方式共存于同一换流站，当切换指令发出后，能够无扰动地切换到另外一种控制方式；具体包括选定换流器处于运行状态的控制方式，并初始化未参与控制的另一控制方式和对发生的故障类型进行判断,选择最适宜的控制方式，本发明专利技术实现了一个换流器中不同控制方式的无扰动切换，多控制方式并存换流器中的多个控制方式之间不会相互影响，并且切换的过程只要几毫秒，几乎不会对系统产生不利影响；其控制效果与单一控制方式换流器的控制效果相一致，从而提升了换流器对多种故障情况的适应能力，提高了电力系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统输电控制
，特别涉及一种直流换流站多控制方式无扰动切换方法。
技术介绍
输电技术经历了直流输电、交流输电和交直流混合输电三个发展阶段。高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)技术因其造价低、损耗小、对通信干扰小等优点，目前已广泛应用于大容量远距离输电、大电网互联等领域。早期传统直流输电技术采用晶闸管换流，因晶闸管关断不可控，传统直流输电技术的应用受到了一定的限制。随着脉宽调制(Plus Width Modulation,PWM)技术的出现，电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)开始应用于直流输电领域，出现了基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)技术。VSC-HVDC是两端型结构，一端VSC发生故障退出运行时就会导致系统瘫痪，降低了系统的可靠性。基于电压源换流器的多端直流输电(VSC-Multi Terminal HVDC,VSC-MTDC)技术包含多个(两个以上)换流器，单个换流器的故障不会影响其他换流器的正常运行，从而提高了直流输电技术的可靠性。矢量控制和功率同步控制是基于电压源换流站的柔性多端直流输电中最受关注的两种控制方式。矢量控制方式包括内环电流控制器和外环控制器，控制过程如附图1所示。图中，Vac分别为交流侧电压参考值和实际值；Pref、P分别为有功功率参考值和实际值；Iq分别为q轴电流参考值和实际值；Id分别为d轴电流参考值和实际值；ω_v分别为角频率的参考值和实际值；t为时间；为交直流连接线路上的电抗；Vq0为交流侧PCC点的q轴电压；Vd0为交流侧PCC(公共耦合点)点的d轴电压；Vcq为换流站侧的q轴电压；Vcd为换流站侧的d轴电压；分别为无功外环的比例和积分常数；分别为有功外环的比例和积分常数；分别为q轴电流解耦内环的比例和积分常数；分别为d轴电流解耦内环的比例和积分常数。功率同步控制方式也可以分解成内环控制和外环控制，控制过程如附图2所示。图中，Vac分别为交流侧电压参考值和实际值；Pref、P分别为有功功率参考值和实际值；ω0分别为角频率的参考值和初始值；t为时间；θ0、Δθ分别为交流侧电压角度的初始值和改变值；V0、ΔV分别为交流侧电压的初始值和改变值；为交流侧电压的幅值；为交流侧PCC点的q轴电压；为交流侧PCC点的d轴电压；Va、Vb、Vc为交流侧PCC点的三个相电压；为换流站侧的q轴电压；为换流站侧的d轴电压；分别为无功外环的比例和积分常数；分别为有功外环的比例和积分常数。目前，多端柔性直流输电中换流器采用的控制策略均为单一控制策略，并不完全适应于电网的多种运行环境。采用矢量控制的换流站在dq坐标下实现了解耦控制，对交直流具有更好的隔离能力，但在与交流电网进行弱连接时，矢量控制的锁相环会降低控制系统的稳定性。功率同步控制结合了相角控制和矢量控制，不包含锁相环结构，能提升系统次同步振荡的阻尼，并且可以稳定地实现与电网的弱连接，但与交流电网的交互现象明显，降低了系统在直流故障是的稳定性。因此，采用单一控制策略的换流站无法保证系统在交流故障和直流故障时均具有良好的稳定性。为了使直流换流站对电网稳定性的影响最小化，改善电网在不同运行环境下的稳定性势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种直流换流站多控制方式无扰动切换方法，其特征在于，无扰动切换控制方式是指多种控制方式共存于同一换流站，在某一时刻仅有一种控制方式处于运行状态，其余控制方式处于初始化状态，不参与控制，当切换指令发出后，能够无扰动地切换到另外一种控制方式；无扰动切换控制方式具体包括如下步骤：步骤一，选定换流器处于运行状态的控制方式，并初始化未参与控制的另一控制方式：(1)若选定功率同步控制方式处于运行状态，初始化矢量控制方式；稳态时换流站处于功率同步控制方式，矢量控制方式利用外部参数进行初始化；用于矢量控制方式的初始化流程中始终有： I q r e f = I q I d r e f = I d V c q = V ^ c q + I d ω v r e f L ^ - V q 0 + V q 0 - I d 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流换流站多控制方式无扰动切换方法，其特征在于，无扰动切换控制方式是指多种控制方式共存于同一换流站，在某一时刻仅有一种控制方式处于运行状态，其余控制方式处于初始化状态，不参与控制，当切换指令发出后，能够无扰动地切换到另外一种控制方式；无扰动切换控制方式具体包括如下步骤：步骤一，选定换流器处于运行状态的控制方式，并初始化未参与控制的另一控制方式：(1)若选定功率同步控制方式处于运行状态，初始化矢量控制方式；稳态时换流站处于功率同步控制方式，矢量控制方式利用外部参数进行初始化；用于矢量控制方式的初始化流程中始终有：Iqref=IqIdref=IdVcq=V^cq+IdωvrefL^-Vq0+Vq0-IdωvrefL^=V^cqVcd=V^cd+IqωvrefL^-Vd0+Vd0-IqωvrefL^=V^cd---(1)]]>其中，和来源于功率同步控制方式的输出，Id,Iq,Vd0,Vq0,ω,Vac,P来自于系统测量，和是频率下换流站侧交流电压的d、q轴分量，是系统的控制参数；和是频率下换流站侧交流电压的d、q轴分量，用于矢量控制方式的初始化；从功率同步控制方式切换到矢量控制方式的瞬间有:Iqref-Iq=0Idref-Id=0Pref-P=0Vacref-Vac=0Vcq-V^cq=Vcd-V^cd=0---(2)]]>切换瞬间造成的扰动为0，进而实现了从功率同步控制方式向矢量控制方式的无扰动切换；2)若选定矢量控制方式处于运行状态，初始化功率同步控制方式；稳态时换流站处于矢量控制方式，功率同步控制方式利用外部参数进行初始化；V^cq=V^q0cosΔθ+V^d0sinΔθV^cd=V^d0cosΔθ+V^q0sinΔθ---(3)]]>显然在和时，无法求得Δθ、和的初始值，无法对其进行初始化，为此增加一个积分环节，对功率同步控制方式进行改进设计，验证改进后的控制方式在稳态时Δθ＝0，式(3)变为：ωpref=ωvrefV^q0=V^cqV^d0=V^cdθ0=θl=arccosV^cqV^cdΔV=V^cd2+V^cq2-V0=0---(4)]]>V0为设定值，一般取为1；其中，和来源于矢量控制方式的输出，即有和Id,Iq,Vd0,Vq0,ω,Vac,P来源于系统测量，Δθ为换流站侧交流电压角度的实际值与初始值之差，其中Vcd和Vcq既为系统的控制参数，又参与功率同步控制方式的初始化；从矢量控制方式切换到功率同步控制方式的瞬间有：Pref-P=0Vacref-Vac=0ωpref-ωvref=Δθ=0Vcq-V^cq=Vcd-V^cd=0---(5)]]>切换瞬间造成的扰动为0，从而实现了矢量控制方式向功率同步控制方式的无扰动切换；步骤二，对发生的故障类型进行判断,选择最适宜的控制方式，矢量控制方式对于直流侧故障具有较好的适应性，功率同步控制方式对于交流侧故障具有较好的适应性；依据不同的故障类型，对换流站的控制方式是否需要进行切换进行合理的判断。...

【技术特征摘要】
1.一种直流换流站多控制方式无扰动切换方法，其特征在于，无扰动切换控制方式是指多种控制方式共存于同一换流站，在某一时刻仅有一种控制方式处于运行状态，其余控制方式处于初始化状态，不参与控制，当切换指令发出后，能够无扰动地切换到另外一种控制方式；无扰动切换控制方式具体包括如下步骤：步骤一，选定换流器处于运行状态的控制方式，并初始化未参与控制的另一控制方式：(1)若选定功率同步控制方式处于运行状态，初始化矢量控制方式；稳态时换流站处于功率同步控制方式，矢量控制方式利用外部参数进行初始化；用于矢量控制方式的初始化流程中始终有： I q r e f = I q I d r e f = I d V c q = V ^ c q + I d ω v r e f L ^ - V q 0 + V q 0 - I d ω v r e f L ^ = V ^ c q V c d = V ^ c d + I q ω v r e f L ^ - V d 0 + V d 0 - I q ω v r e f L ^ = V ^ c d - - - ( 1 ) ]]>其中，和来源于功率同步控制方式的输出，Id,Iq,Vd0,Vq0,ω,Vac,P来自于系统测量，和是频率下换流站侧交流电压的d、q轴分量，是系统的控制参数；和是频率下换流站侧交流电压的d、q轴分量，用于矢量控制方式的初始化；从功率同步控制方式切换到矢量控制方式的瞬间有: I q r e f - I q = 0 I d r e f - I d = 0 P r e f - P = 0 V a c r e f - V a c = 0 V c q - V ^ c q = V c d - V ^ c d = 0 - - - ( 2 ) ]]>切换瞬间造成的扰动为0，进而实现了从功率同步控制方式向矢量控制方式的无扰动切换；2)若选定矢量控制方式处于运行状态，初始化功率同步控制方式；稳态时换流站处于矢量控制方式，功率同步控制方式利用外部参数进行初始化； V ^ c q = V ^ q 0 cos &Delt...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜文娟，付强，张琰，王海风，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11