应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及大电网稳定控制技术领域，具体公开了一种应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统，包括参数偏差获取模块、参数自适应调节模块、虚拟调速器控制模块、虚拟同步机控制模块和无功功率控制模块。本发明专利技术又公开了一种应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统的控制方法包括：S1：采集检测参数并生成参数偏差；S2：发送参数偏差；S3：判断出换流站一侧的交流电网的振荡状态；S4：生成换流站输出功率参考值的调整量；S5：产生换流站交流侧母线的电压相角信号；S6：产生换流站交流侧母线的电压相角信号；S7：生成PWM信号。本发明专利技术提高了交直流电网的惯性水平、整体稳定性以及频率稳定性，减少功率波动及频率波动。

ADAPTIVE VIRTUAL SYNCHRONOUS CONTROL SYSTEM AND ITS METHOD FOR HVDC TRANSMISSION SYSTEM

The invention relates to the technical field of large power grid stability control, and specifically discloses an adaptive virtual synchronous control system applied to HVDC transmission system, including parameter deviation acquisition module, parameter adaptive adjustment module, virtual governor control module, virtual synchronous machine control module and reactive power control module. The invention also discloses a control method of adaptive virtual synchronous control system applied to HVDC transmission system, which includes: S1: acquisition of detection parameters and generation of parameter deviation; S2: transmission parameter deviation; S3: determination of oscillation state of AC power grid on one side of converter station; S4: adjustment of output power reference value of converter station. Quantity; S5: Generate voltage phase angle signal of AC bus in converter station; S6: Generate voltage phase angle signal of AC bus in converter station; S7: Generate PWM signal. The invention improves the inertia level, overall stability and frequency stability of the AC and DC power grid, and reduces power fluctuation and frequency fluctuation.

【技术实现步骤摘要】
应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统及方法
本专利技术涉及大电网稳定控制
，具体涉及一种应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统及方法。
技术介绍
近年来，为了增加能源供应、优化能源结构和降低环境污染，越来越多的风能、太阳能等可再生能源被应用于我国电力系统。可再生能源的利用是智能电网建设的一个非常重要的方向。在各种类型的可再生能源中，风能已经得到较为成熟的技术开发，在电力系统中得到了一定程度的应用。目前，高压直流(HVDC，High-VoltageDirectCurrent)输电技术被认为是一种有效的方式，用于将大规模风电场与主干网相连接。特别是在远距离输电和异步联网方面，HVDC技术在电能传输效率和功率控制灵活度方面均具有比较明显的优势。多端柔性直流输电系统则是在HVDC技术的基础上，进一步形成多个直流换流站组成的直流输电网络。柔性直流输电可实现有功与无功的解耦控制，为城市负荷中心提供必要的无功支撑，提升受端电网电压稳定性，同时其灵活的功率调控能力可促进新能源消纳，是未来智能电网的发展基石。然而，随着柔性直流输电系统和新能源的并网规模不断增加，电力电子器件的比重将不断增加，由于直流电网将新能源和大电网解耦，同时直流电网内不存在惯性元件，交直流互联电网的有效惯性随之降低，大电网的频率稳定性受到较大威胁。此外，新能源的随机出力特性进一步加剧了系统频率波动的程度。
技术实现思路
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提出一种应用于多端柔性的直流输电系统的虚拟同步控制器及方法，以解决与多端柔性直流输电系统并网后出现的交流电网频率波动加剧、系统阻尼减缩、稳定性下降的问题。为实现上述目的，本专利技术采取以下的技术方案：一种应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统，该直流输电系统包括换流站，该虚拟同步控制器包括以下模块：参数偏差获取模块，用于采集换流站的检测参数，并生成换流站交流侧母线的频率偏差、换流站交流侧母线的频率变化率、换流站交流侧母线的有功功率输出偏差量、换流站交流侧母线的电压幅值偏差量、换流站交流侧母线的无功功率输出偏差量和换流站直流侧母线的电压偏差，将生成的换流站交流侧母线的频率偏差和换流站交流侧母线的频率变化率发送给参数自适应调节模块，将换流站交流侧母线的电压幅值偏差量发送给无功功率控制模块，将换流站直流侧母线的电压偏差发送给虚拟调速器控制模块；参数自适应调节模块，用于根据所述换流站交流侧母线的频率偏差和所述换流站交流侧母线的频率变化率判断出换流站一侧的交流电网的振荡状态，并生成出一虚拟调速器增益和一虚拟惯性时间常数；虚拟调速器控制模块，用于根据所述换流站交流侧母线的频率偏差、所述换流站直流侧母线的电压偏差和所述参数自适应调节模块生成的虚拟调速器增益，生成换流站输出功率参考值的调整量；虚拟同步机控制模块，用于根据所述虚拟调速器控制模块生成的换流站输出功率参考值的调整量、所述换流站交流侧母线的有功功率输出偏差量和所述参数自适应调节模块生成的虚拟惯性时间常数，并通过虚拟同步算法得到换流站交流侧母线的一电压相角信号；无功功率控制模块，用于根据所述换流站交流侧母线的电压幅值偏差量和所述换流站交流侧母线的无功功率输出偏差量，生成一调制比信号。进一步的，所述参数偏差获取模块通过公式Δω＝ω-ω0(1)生成换流站交流侧母线的频率偏差；公式(1)中的Δω为换流站交流侧母线的频率偏差；公式(1)中的ω为换流站交流母线的实测频率；公式(1)中的ω0为换流站一侧的交流电网的额定频率。进一步的，所述参数偏差获取模块通过公式生成换流站交流侧母线的频率变化率；公式(2)中的dω/dt为换流站交流侧母线的实测频率的变化率；公式(2)中的ωt1和ωt2均为相邻采样间隔的频率测量值；公式(2)中的t1和t2均为相邻采样的时间。进一步的，所述参数偏差获取模块通过公式ΔP＝P0-P(3)生成换流站有功功率输出偏差量；公式(3)中的ΔP为换流站有功功率输出偏差量；公式(3)中的P0为换流站无功功率的初始值；公式(3)中的P为换流站有功功率的量测值。进一步的，所述参数偏差获取模块通过公式Δ|Vac|＝|Vac0|-|Vac|(4)生成换流站交流侧母线的电压幅值偏差量；公式(4)中的Δ|Vac|为换流站交流侧母线的电压幅值偏差量；公式(4)中的Vac为换流站交流侧母线的电压幅值的测量值；公式(4)中的Vac0为换流站交流侧母线的电压额定值。进一步的，所述参数偏差获取模块通过公式ΔQ＝Q0-Q(5)生成换流站交流侧母线的无功功率输出偏差量；公式(5)中的ΔQ为换流站交流侧母线的无功功率输出偏差；公式(5)中的Q0为换流站交流侧母线的无功功率的初始值；公式(5)中的Q为换流站交流侧母线的无功功率输出的量测值。进一步的，所述参数偏差获取模块通过公式ΔVdc＝Vdc-Vdc0(6)生成换流站直流侧母线的电压偏差；公式(6)中的ΔVdc为换流站直流侧母线的电压偏差；公式(6)中Vdc为换流站直流母线的电压幅值的测量值；公式(6)中Vdc0为换流站直流侧母线的直流电压额定值。一种如上所述的应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统的控制方法包括以下步骤：步骤一：参数偏差获取模块采集换流站的检测参数，并生成换流站交流侧母线的频率偏差、换流站交流侧母线的频率变化率、换流站交流侧母线的有功功率输出偏差量、换流站交流侧母线的电压幅值偏差量、换流站交流侧母线的无功功率输出偏差量和换流站直流侧母线的电压偏差；步骤二：参数偏差获取模块将生成的换流站交流侧母线的频率偏差和换流站交流侧母线的频率变化率发送给参数自适应调节模块，将换流站交流侧母线的电压幅值偏差量发送给无功功率控制模块，将换流站直流侧母线的电压偏差发送给虚拟调速器控制模块；步骤三：参数自适应调节模块根据换流站交流侧母线的频率偏差和换流站交流侧母线的频率变化率判断出换流站一侧的交流电网的振荡状态，并根据不同的振荡状态生成虚拟调速器增益和虚拟惯性时间常数；步骤四：虚拟调速器控制模块接收所述换流站交流侧母线的频率偏差和虚拟调速器增益，生成换流站直流侧母线的直流电压调整量；虚拟调速器控制模块根据换流站直流侧母线的直流电压调整量、换流站直流侧母线的电压偏差并通过下垂控制算法生成换流站输出功率参考值的调整量；步骤五：虚拟同步机控制模块接收到换流站输出功率参考值的调整量、所述换流站交流侧母线的有功功率输出偏差量和所述参数自适应调节模块生成的虚拟惯性时间常数后，通过虚拟同步算法产生换流站交流侧母线的电压相角信号；步骤六：无功功率控制模块根据换流站交流侧母线的电压幅值偏差量、换流站交流侧母线的无功功率输出偏差量，生成换流站所需的调制比信号；步骤七：换流站接收虚拟同步机控制模块生成的电压相角信号和无功功率控制模块生成的调制比信号，生成合适的PWM信号。进一步的，步骤三所述的参数自适应调节模块将交流电网的振荡状态分为四种情况，具体如下：(a)当换流站交流侧母线的频率偏差大于0时，且换流站交流侧母线的频率变化率大于0，则此时交流电网的系统频率正在加速偏离额定频率；(b)当换流站交流侧母线的频率偏差大于0时，且换流站交流侧母线的频率变化率小于0，则此时交流电网的系统频率正在减速回到额定频率；(c)当换流站交流侧母线的频率偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统，该直流输电系统包括换流站，其特征在于，该虚拟同步控制器包括以下模块：参数偏差获取模块，用于采集换流站的检测参数，并生成换流站交流侧母线的频率偏差、换流站交流侧母线的频率变化率、换流站交流侧母线的有功功率输出偏差量、换流站交流侧母线的电压幅值偏差量、换流站交流侧母线的无功功率输出偏差量和换流站直流侧母线的电压偏差，将生成的换流站交流侧母线的频率偏差和换流站交流侧母线的频率变化率发送给参数自适应调节模块，将换流站交流侧母线的电压幅值偏差量发送给无功功率控制模块，将换流站直流侧母线的电压偏差发送给虚拟调速器控制模块；参数自适应调节模块，用于根据所述换流站交流侧母线的频率偏差和所述换流站交流侧母线的频率变化率判断出换流站一侧的交流电网的振荡状态，并生成出一虚拟调速器增益和一虚拟惯性时间常数；虚拟调速器控制模块，用于根据所述换流站交流侧母线的频率偏差、所述换流站直流侧母线的电压偏差和所述参数自适应调节模块生成的虚拟调速器增益，生成换流站输出功率参考值的调整量；虚拟同步机控制模块，用于根据所述虚拟调速器控制模块生成的换流站输出功率参考值的调整量、所述换流站交流侧母线的有功功率输出偏差量和所述参数自适应调节模块生成的虚拟惯性时间常数，并通过虚拟同步算法得到换流站交流侧母线的一电压相角信号；无功功率控制模块，用于根据所述换流站交流侧母线的电压幅值偏差量和所述换流站交流侧母线的无功功率输出偏差量，生成一调制比信号。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统，该直流输电系统包括换流站，其特征在于，该虚拟同步控制器包括以下模块：参数偏差获取模块，用于采集换流站的检测参数，并生成换流站交流侧母线的频率偏差、换流站交流侧母线的频率变化率、换流站交流侧母线的有功功率输出偏差量、换流站交流侧母线的电压幅值偏差量、换流站交流侧母线的无功功率输出偏差量和换流站直流侧母线的电压偏差，将生成的换流站交流侧母线的频率偏差和换流站交流侧母线的频率变化率发送给参数自适应调节模块，将换流站交流侧母线的电压幅值偏差量发送给无功功率控制模块，将换流站直流侧母线的电压偏差发送给虚拟调速器控制模块；参数自适应调节模块，用于根据所述换流站交流侧母线的频率偏差和所述换流站交流侧母线的频率变化率判断出换流站一侧的交流电网的振荡状态，并生成出一虚拟调速器增益和一虚拟惯性时间常数；虚拟调速器控制模块，用于根据所述换流站交流侧母线的频率偏差、所述换流站直流侧母线的电压偏差和所述参数自适应调节模块生成的虚拟调速器增益，生成换流站输出功率参考值的调整量；虚拟同步机控制模块，用于根据所述虚拟调速器控制模块生成的换流站输出功率参考值的调整量、所述换流站交流侧母线的有功功率输出偏差量和所述参数自适应调节模块生成的虚拟惯性时间常数，并通过虚拟同步算法得到换流站交流侧母线的一电压相角信号；无功功率控制模块，用于根据所述换流站交流侧母线的电压幅值偏差量和所述换流站交流侧母线的无功功率输出偏差量，生成一调制比信号。2.根据权利要求1所述的应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统，其特征在于，所述参数偏差获取模块通过公式Δω＝ω-ω0(1)生成换流站交流侧母线的频率偏差；公式(1)中的Δω为换流站交流侧母线的频率偏差；公式(1)中的ω为换流站交流母线的实测频率；公式(1)中的ω0为换流站一侧的交流电网的额定频率。3.根据权利要求1所述的应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统，其特征在于，所述参数偏差获取模块通过公式生成换流站交流侧母线的频率变化率；公式(2)中的dω/dt为换流站交流侧母线的实测频率的变化率；公式(2)中的ωt1和ωt2均为相邻采样间隔的频率测量值；公式(2)中的t1和t2均为相邻采样的时间。4.根据权利要求1所述的应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统，其特征在于，所述参数偏差获取模块通过公式ΔP＝P0-P(3)生成换流站有功功率输出偏差量；公式(3)中的ΔP为换流站有功功率输出偏差量；公式(3)中的P0为换流站无功功率的初始值；公式(3)中的P为换流站有功功率的量测值。5.根据权利要求1所述的应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统，其特征在于，所述参数偏差获取模块通过公式Δ|Vac|＝|Vac0|-|Vac|(4)生成换流站交流侧母线的电压幅值偏差量；公式(4)中的Δ|Vac|为换流站交流侧母线的电压幅值偏差量；公式(4)中的Vac为换流站交流侧母线的电压幅值的测量值；公式(4)中的Vac0为换流站交流侧母线的电压额定值。6.根据权利要求1所述的应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统，其特征在于，所述参数偏差获取模块通过公式ΔQ＝Q0-Q(5)生成换流站交流侧母线的无功功率输出偏差量；公式(5)中的ΔQ为换流站交流侧母线的无功功率输出偏差；公式(5)中的Q0为换流站交流侧母线...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹一家，王炜宇，谭益，李勇，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43