一种海上风电VSC-HVDC输出系统的低频振荡阻尼控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海上风电VSC‑HVDC输出系统的低频振荡阻尼控制方法；具体为在海上风电经VSC‑HVDC输出系统中，交直流混联系统中，直流系统运行在额定功率状态下，交流系统受大扰动引起低频振荡，需要添加阻尼控制器来抑制低频振荡。本发明专利技术只需要在VSC‑HVDC换流站的直流电压控制加上基于频率的前级控制，只需一个比例环节和滤波环节；在交流电网发生扰动后产生低频振荡时将频率信号的变化传递到直流电压上，直流电压在变化时会相应的引起有功功率变化，阻尼交流系统的低频振荡，不仅能够保持换流站的稳定运行，同时对其所连接的交流系统低频振荡提供了较好的阻尼效果，保障了VSC‑HVDC直流系统的安全稳定运行以及电网友好性。

A Low Frequency Oscillation Damping Control Method for Offshore Wind Power VSC-HVDC Output System

The invention discloses a low frequency oscillation damping control method for offshore wind power VSC HVDC output system, in particular, in offshore wind power VSC HVDC output system, in AC-DC hybrid system, the DC system operates at rated power state, and the AC system is subject to large disturbances which cause low frequency oscillation, so a damping controller is needed to suppress the low frequency oscillation. The invention only needs the DC voltage control of VSC HVDC converter station plus the frequency-based front-stage control, only needs a proportional link and a filter link; when the low frequency oscillation occurs after the disturbance of the AC network, the change of the frequency signal is transmitted to the DC voltage, and when the DC voltage changes, the corresponding change of the active power will be caused, and the low frequency oscillation of the AC system can be damped. It can maintain the stable operation of the converter station and provide a better damping effect for the low frequency oscillation of the AC system connected to it. It ensures the safe and stable operation of the VSC HVDC DC system and the friendliness of the power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电VSC-HVDC输出系统的低频振荡阻尼控制方法
本专利技术属于电力系统安全运行领域，更具体地，涉及一种海上风电VSC-HVDC(基于电压源换流器的高压直流输电，VoltageSourceConverterbasedHighVoltageDirectCurrentTransmission)输出系统的交流电力系统低频振荡阻尼控制方法。
技术介绍
低频振荡是电力系统的固有属性，持续的振荡会限制输电线路的传输容量，严重时甚至会导致系统解列。低频振荡的频率范围一般为0.1～2Hz，其中涉及一个发电厂内发电机与电网其他部分之间的振荡，称为局域振荡(约1～2Hz)；涉及区域之间多台发电机之间的振荡，称为区间振荡(约0.1～0.7Hz)。抑制低频振荡最常采用的措施是为同步发电机的励磁调节器加装电力系统稳定器(powersystemstabilization，PSS)为发电机提供正阻尼转矩。随着近年来电力电子技术的快速发展以及风电和光伏的加入，高压直流输电系统(highvoltageDC，HVDC)被广泛用于增加线路传输容量、降低线损，改善电力系统稳定性和安全性。随着这种变化，传统阻尼控制手段将难以独立应对电力系统运行特性出现的新变化。为充分发掘新能源发电在参与阻尼低频振荡方面的潜力，需要对海上风电VSC-HVDC输出系统的电网提供新的阻尼控制方案。
技术实现思路
针对现有技术的改进需求，本专利技术提供了一种海上风电VSC-HVDC输出系统的交流电力系统低频振荡阻尼控制方案，利用风机的输出功率调节能力，通过在风力发电经VSC-HVDC输出系统的增加的附加阻尼控制，增加系统阻尼，提高系统的安全稳定运行能力。本专利技术提供了一种海上风电VSC-HVDC输出系统的交流电力系统低频振荡阻尼控制方法，包括如下步骤：(1)采集直流输电系统逆变侧换流站的并网点三相电压Uabc、三相电流iabc和直流电压Udc；(2)对于所述电压信号Uabc，通过锁相环获取直流输电系统逆变侧换流站所连接的交流电网频率ωg；对于所述电压信号Uabc和所述三相电流iabc，通过瞬时功率计算获取直流输电系统逆变侧换流站输出的无功功率Q；(3)根据所述交流电网频率ωg获得直流输电系统逆变侧换流站的直流电压参考值Udc_ref；(4)根据所述直流电压参考值Udc_ref和所述直流电压检测值Udc、直流系统逆变侧换流站的无功功率参考值Qref和无功功率计算值Q和交流电流dq变换得到电流d轴检测值id和q轴检测值iq计算得到驱动信号Sabc，并驱动VSC-HVDC逆变侧换流站的变流器以实现低频振荡的阻尼控制。更进一步地，步骤(3)具体包括：将交流电网频率参考信号减去所述交流电网频率ωg后进行低通滤波，经低通滤波后的信号再经过增益调节后与直流电压基本参考信号相加，获得VSC-HVDC直流输电系统逆变侧换流站的直流电压参考值Udc_ref。其中，交流电网频率参考信号可以为1，所述直流电压基本参考信号可以为1。更进一步地，步骤(4)具体包括：对所述直流电压参考值Udc_ref和所述直流电压检测值Udc进行PI控制后获得交流电流d轴参考值id_ref；其中，PI控制器包括比例比例系数kp_dc和积分系数ki_dc，实际系统中的这两个参数需根据实际系统进行调节，输入与输出的关系为：对直流系统逆变侧换流站的无功功率参考值Qref和无功功率计算值Q进行PI控制后获得交流电流q轴参考值iq_ref；其中，PI控制器包括比例系数kp_q和积分系数ki_q，实际系统中的这两个参数需根据实际系统进行调节，输入与输出的关系为：对所述交流电流d轴参考值id_ref、所述交流电流q轴参考值iq_ref与所述交流电流dq变换得到的电流d轴检测值id和q轴检测值iq进行电流控制后获得所述驱动信号Sabc；其中，电流控制包括d轴电流和q轴电流控制，分别对应一个PI控制器(通常使用同一套参数)，参数包括一个比例系数kp_i和积分系数ki_i，实际系统中的这两个参数需根据实际系统进行调节，输入与输出的关系为：所得的Ud，q_con经过一个PWM调制单元生成所述驱动信号Sabc。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，只需要在VSC-HVDC换流站的直流电压控制加上基于频率的前级控制，只需一个比例环节和滤波环节。在交流电网发生扰动后产生低频振荡时，该控制方法将频率信号的变化传递到直流电压上，直流电压在变化时会相应的引起有功功率变化，阻尼交流系统的低频振荡，不仅能够保持换流站的稳定运行，同时对其所连接的交流系统低频振荡提供了较好的阻尼效果，保障了VSC-HVDC直流系统的安全稳定运行以及电网友好性。附图说明图1是海上风电经VSC-HVDC输出系统的测试系统图；图2是VSC-HVDC直流系统逆变侧换流站的控制结构图；图3是附加阻尼控制的控制结构图；图4是采用不同控制方式的同步发电机转速振荡对比图；图5是采用不同控制方式的同步发电机功率振荡对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案以及优点更加明白，以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例的全桥型MMC交流电压提升运行方法包括如下步骤：(1)采集直流输电系统逆变侧换流站的并网点三相电压Uabc、三相电流iabc、直流电压Udc为输入信号；(2)对于所采集的并网点三相电压Uabc，通过锁相环获取直流输电系统逆变侧换流站所连接的交流电网的频率ωg；对于所采集的并网点三相电压Uabc、三相电流iabc，通过瞬时功率计算器获取直流输电系统逆变侧换流站输出的无功功率Q；三相电流iabc经过dq变换得到交流电流d轴检测值id和q轴检测值iq；(3)通过锁相环输出的交流电网频率ωg经过阻尼控制器得到VSC-HVDC直流输电系统逆变侧换流站的直流电压参考值Udc_ref；其中，步骤(3)具体包括：阻尼控制器由两个部分构成，一个是低通滤波环节，另一个是增益环节，交流电网频率参考信号(通常为1)减去锁相环输出的交流电网频率ωg后，输入到低通滤波环节，低通滤波环节输出信号再输入到增益环节，输出信号再与直流电压基本参考信号(通常为1)相加后，得到VSC-HVDC直流输电系统逆变侧换流站的直流电压参考值Udc_ref。(4)根据得到的直流电压参考值Udc_ref和直流电压Udc检测值、直流系统逆变侧换流站的无功功率参考值Qref和无功功率计算值Q和交流电流dq变换得到电流d轴检测值id和q轴检测值iq计算得到驱动信号Sabc，并驱动VSC-HVDC逆变侧换流站的变流器以实现低频振荡的阻尼控制。其中，步骤(4)具体包括：根据得到的直流电压参考值Udc_ref和直流电压检测值Udc，将这两个信号输入到一个PI控制器，输出得到交流电流统逆变侧换流站的无功功率参考值Qref(通常为0)和无功功率计算值Q，将这两个信号输入到一个PI控制器，输出得到交流电流q轴参考值iq_ref；得到的交流电流d轴参考值id_ref、交流电流q轴参考值iq_ref与交流电流dq变换得到电流d轴检测值id和q轴检测值iq输入到电流控制器，计算得到驱动信号Sabc。为使本领域技术人员更好地理解本专利技术，下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上风电VSC‑HVDC输出系统的交流电力系统低频振荡阻尼控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采集直流输电系统逆变侧换流站的并网点三相电压Uabc、三相电流iabc和直流电压Udc；(2)对于所述电压信号Uabc，通过锁相环获取直流输电系统逆变侧换流站所连接的交流电网频率ωg；对于所述电压信号Uabc和所述三相电流iabc，通过瞬时功率计算获取直流输电系统逆变侧换流站输出的无功功率Q；(3)根据所述交流电网频率ωg获得直流输电系统逆变侧换流站的直流电压参考值Udc_ref；(4)根据所述直流电压参考值Udc_ref和所述直流电压检测值Udc、直流系统逆变侧换流站的无功功率参考值Qref和无功功率计算值Q和交流电流dq变换得到电流d轴检测值id和q轴检测值iq计算得到驱动信号Sabc，并驱动VSC‑HVDC逆变侧换流站的变流器以实现低频振荡的阻尼控制。

【技术特征摘要】
1.一种海上风电VSC-HVDC输出系统的交流电力系统低频振荡阻尼控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采集直流输电系统逆变侧换流站的并网点三相电压Uabc、三相电流iabc和直流电压Udc；(2)对于所述电压信号Uabc，通过锁相环获取直流输电系统逆变侧换流站所连接的交流电网频率ωg；对于所述电压信号Uabc和所述三相电流iabc，通过瞬时功率计算获取直流输电系统逆变侧换流站输出的无功功率Q；(3)根据所述交流电网频率ωg获得直流输电系统逆变侧换流站的直流电压参考值Udc_ref；(4)根据所述直流电压参考值Udc_ref和所述直流电压检测值Udc、直流系统逆变侧换流站的无功功率参考值Qref和无功功率计算值Q和交流电流dq变换得到电流d轴检测值id和q轴检测值iq计算得到驱动信号Sabc，并驱动VSC-HVDC逆变侧换流站的变流器以实现低频振荡的阻尼控制。2.如权利要求1所述的交流电力系统低频振荡阻尼控制方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷宪章，杨杰，吴亚楠，周啸，孔明，韩丛达，胡家兵，章晓杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，全球能源互联网研究院有限公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42