一种基于ADPSS/ETSDAC建模的分布式潮流控制器的控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于ADPSS/ETSDAC建模的分布式潮流控制器的控制方法，具体为：将DPFC并联侧变流器VSC‑SH1与VSC‑SH2用受控电流源来等效，将DPFC串联侧变流器用受控电压源来等效，为实现串联侧变流器直流电容电压的控制；为改善DPFC在系统故障情况下的可靠性，提出一种采取功率‑电压双环控制的串联侧基波电压控制方法及对应的基于ADPSS/ETSDAC的建模方法。利用本发明专利技术提出的控制及建模方法，由于不涉及滤波电感、电容的选型，因此只需对控制器参数进行修改便可适用于不同电力系统，比详细模型具有更好的操作性与广泛的适用性。

A Control Method of Distributed Power Flow Controller Based on ADPSS/ETSDAC Modeling

The present invention relates to a control method of a distributed power flow controller based on ADPSS/ETSDAC modeling. Specifically, the DPFC parallel-side converter VSC SH1 and VSC SH2 are equivalent by controlled current source, and the DPFC series-side converter is equivalent by controlled voltage source to realize DC capacitor voltage control of the series-side converter. A series-side fundamental-wave voltage control method based on power-voltage double-loop control and the corresponding modeling method based on ADSS/ETSDAC are presented. Because the control and modeling method proposed by the invention does not involve the selection of filter inductance and capacitance, it can be applied to different power systems only by modifying the parameters of the controller, and has better operability and wide applicability than the detailed model.

【技术实现步骤摘要】
一种基于ADPSS/ETSDAC建模的分布式潮流控制器的控制方法
本专利技术涉及分布式潮流控制器仿真建模的
具体涉及一种基于ADPSS/ETSDAC建模的分布式潮流控制器的控制方法。
技术介绍
分布式潮流控制器(DistributedPowerFlowController,DPFC)与统一潮流控制控制器(UnifiedPowerFlowController,UPFC)均为串并联混合型柔性交流输电装置。比起UPFC，DPFC主要将串联部分的变流器进行了改进，用若干个小容量的变流器来替代原有的集中式变流器，造价更经济、冗余度更高、可靠性更强。但对于DPFC的研究目前依然处于仿真试验阶段，虽然在MATLAB/SIMULINK、PSCAD/EMTDC仿真平台上已存在详细开关模型，且均能验证DPFC原理及其潮流控制能力的正确性，但其应用范围存在以下局限：当将详细开关模型应用到不同电力系统时，由于变流器的容量与调控效果受限于变流器滤波电感与直流电容，因此，每当在新系统测试时必然伴随着变流器元器件的重新选型；同时，因为详细开关模型一般需在2微秒以下的仿真步长才能得到较好效果，仿真效率低，不利于研究初期对装置容量参数的确定以及控制器参数调试。因此本专利技术利用受控源等效DPFC变流器的思想，提出了一套相应的控制方法，以突破已有模型的瓶颈。ADPSS/ETSDAC为中国电力科学研究院开发的电磁暂态仿真平台，该平台能联合ADPSS/PSASP电力系统分析综合程序做机电-电磁暂态混合仿真，具备比MATLAB/SIMULINK、PSCAD/EMTDC更强大的机电-电磁交互能力，更加适合电力电子装置与大电网的混合仿真。而目前未见DPFC在ADPSS/ETSDAC平台下的等效模型的相关报道，因此，本专利技术提出以ADPSS/ETSDAC来实现基于受控源等效的DPFC及其控制方法的建模，为后续作机电-电磁混合仿真打基础，为DPFC样机研制提供理论参考。
技术实现思路
本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于ADPSS/ETSDAC建模的分布式潮流控制器的控制方法，其特征在于，包括步骤1、在ADPSS/ETSDAC仿真平台下搭建单机无穷大系统，其中，线路上装有分布式潮流控制器串联侧变流器模型，VSC-SEx(x＝a,b,c)分别为串联侧a、b、c三相变流器等效模型；并联侧变流器分为VSC-SH1与VSC-SH2两部分，VSC-SH1与母线相接，VSC-SH2与变压器T1中性点相接；送电端发电机G1电压为Vs，受电端发电机G2电压为Vr；线路1阻抗为XL1，线路2阻抗为XL2，首末端的Y-△变压器分别为T1和T2，串联变压器分别为T3、T4、T5；步骤2、在ADPSS/ETSDAC仿真平台上搭建DPFC并联侧的电磁暂态等效模型；步骤2.1、DPFC并联侧变流器分为两个，一个是与母线相接的变流器VSC-SH1，另一个是与变压器T1中性点相接的VSC-SH2；VSC-SH1的控制目标为系统电压V1和VSC-SH1与VSC-SH2间的有功功率平衡关系，而VSC-SH2主要作用为产生3次谐波电流；步骤2.2、给定的系统电压V1.ref与系统实际电压V1比较得偏差信号，通过PI控制器后得到VSC-SH1所需的向系统注入的无功电流分量Ishq*；并联侧变流器直流电容电压的控制可以用并联变流器VSC-SH1与VSC-SH2之间的有功功率平衡关系来等效，通过实时测量VSC-SH2发出的有功功率Psh3，利用Psh3与Psh1进行比较得到偏差信号，将偏差信号经PI控制器后得到向系统注入的有功电流分量Ishd*；然后，利用锁相环PLL获取母线电压V1的相角wt，将Ishd*与Ishq*通过三相park逆变换，如图8所示，得到VSC-SH1向系统注入的三相电流指令Isha、Ishb、Ishc；将所求电流指令输入到三相受控电流源中，使其可产生相对应的电流；步骤2.3、并联侧变流器VSC-SH2为3次谐波电流产生环节，通过向单相受控电流源输入I3的期望幅值(标幺值)并使其与150Hz单位正弦波进行乘法运算，运算后得到3次谐波电流指令，将其输入至受控电流源中即可实现单相换流器向系统注入3次谐波电流；具体如图3所示；步骤3、在ADPSS/ETSDAC仿真平台中搭建DPFC串联侧的电磁暂态等效模型；步骤3.1、串联变流器的作用一方面是利用并联侧发出的3次谐波电流来维持其自身基波有功Pse1与3次谐波有功Pse3之间的平衡关系，产生对应的3次谐波电压来吸收3次谐波波功率；另一方面为对系统潮流需求的响应，产生相应的基频电压来控制线路潮流；由于串联变流器的输出为基波电压与3次谐波电压的叠加电压，因此其控制可分为对基波电压的控制与3次谐波电压的控制；步骤3.2、基波电压的输出取决于系统潮流的需求，为限制基波电压的输出上限，本专利技术采用双环控制，外环为功率环，内环为电压环，分别如图6、7所示；将给定有功功率PL.ref、给定无功功率QL.ref分别与系统有功功率PL、无功功率QL进行比较得到偏差信号Perr、Qerr，Perr与Qerr分别经过PI控制器后得到内环的电压控制信号V21q.ref与V21d.ref，V21q.ref与V21d.ref为限幅输出，目的为保证内环给定信号在一定范围内，以此限制串联侧基波电压上限；测量串联侧变流器在线路上产生的串联电动势V21，利用DFT模块分别提取V21与首端电压V1’的幅值与初相角，通过单相park变换模块计算，得出基波串联电动势的d、q轴分量V21d与V21q，如图9所示；分别将V21d.ref、V21q.ref与V21d、V21q进行比较得到偏差信号V21d.err、V21q.err，经过PI控制器后最终得到串联侧变流器输出的基波电压的d、q分量Vsed.1与Vseq.1，以PLL输出的相角为参考相角，将Vsed与Vseq进行单相park逆变换，最终得到串联侧变流器输出的基波电压Vse1x；步骤3.3、3次谐波电压Vse3的大小取决于串联变流器有功功率Pse1的需求，实时测量串联侧变流器与系统交换的基波有功功率Pse1，通过V12d.3ref＝Pse1/0.5/(I3/3)求得V12d.3的值，为了避免串联侧变流器与系统交换3次谐波无功功率，因此V12q.3ref设为0；测量串联侧变流器在线路上产生的串联电动势V12，利用DFT模块分别提取V12与3次谐波电流I3的幅值与初相角，通过单相park变换模块计算，得出3次谐波串联电动势的d、q轴分量V12d.3与V12q.3，分别将V12d.3ref、V12q.3ref与V12d.3、V12q.3进行比较得到偏差信号V12d.err、V12q.err，经PI控制器后最终得到串联侧变流器输出的3次谐波电压的d、q分量Vsed.3与Vseq.3，利用PLL获取3次谐波电流的相角wt3，将Vsed.3与Vseq.3通过单相park逆变换模块，得到单相变流器输出的3次谐波电压Vse3x，最终将Vse1+Vse3输入到对应的受控电压源，使其产生叠加后的期望电压Vse，实现对系统潮流的调控；步骤4、在仿真时，需对DPFC接入母线电压给定值V1.ref、被控线路的有功功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ADPSS/ETSDAC建模的分布式潮流控制器的控制方法，其特征在于，包括步骤1、在ADPSS/ETSDAC仿真平台下搭建单机无穷大系统，其中，线路上装有分布式潮流控制器串联侧变流器模型，VSC‑SEx(x＝a,b,c)分别为串联侧a、b、c三相变流器等效模型；并联侧变流器分为VSC‑SH1与VSC‑SH2两部分，VSC‑SH1与母线相接，VSC‑SH2与变压器T1中性点相接；送电端发电机G1电压为Vs，受电端发电机G2电压为Vr；线路1阻抗为XL1，线路2阻抗为XL2，首末端的Y‑△变压器分别为T1和T2，串联变压器分别为T3、T4、T5；步骤2、在ADPSS/ETSDAC仿真平台上搭建DPFC并联侧的电磁暂态等效模型；步骤2.1、DPFC并联侧变流器分为两个，一个是与母线相接的变流器VSC‑SH1，另一个是与变压器T1中性点相接的VSC‑SH2；VSC‑SH1的控制目标为系统电压V1和VSC‑SH1与VSC‑SH2间的有功功率平衡关系，而VSC‑SH2主要作用为产生3次谐波电流；步骤2.2、给定的系统电压V1.ref与系统实际电压V1比较得偏差信号，通过PI控制器后得到VSC‑SH1所需的向系统注入的无功电流分量Ishq*；并联侧变流器直流电容电压的控制可以用并联变流器VSC‑SH1与VSC‑SH2之间的有功功率平衡关系来等效，通过实时测量VSC‑SH2发出的有功功率Psh3，利用Psh3与Psh1进行比较得到偏差信号，将偏差信号经PI控制器后得到向系统注入的有功电流分量Ishd*；然后，利用锁相环PLL获取母线电压V1的相角wt，将Ishd*与Ishq*通过三相park逆变换，得到VSC‑SH1向系统注入的三相电流指令Isha、Ishb、Ishc；将所求电流指令输入到三相受控电流源中，使其可产生相对应的电流；步骤2.3、并联侧变流器VSC‑SH2为3次谐波电流产生环节，通过向单相受控电流源输入I3的期望幅值并使其与150Hz单位正弦波进行乘法运算，运算后得到3次谐波电流指令，将其输入至受控电流源中即可实现单相换流器向系统注入3次谐波电流；步骤3、在ADPSS/ETSDAC仿真平台中搭建DPFC串联侧的电磁暂态等效模型；步骤3.1、串联变流器的作用一方面是利用并联侧发出的3次谐波电流来维持其自身基波有功Pse1与3次谐波有功Pse3之间的平衡关系，产生对应的3次谐波电压来吸收3次谐波波功率；另一方面为对系统潮流需求的响应，产生相应的基频电压来控制线路潮流；由于串联变流器的输出为基波电压与3次谐波电压的叠加电压，因此其控制可分为对基波电压的控制与3次谐波电压的控制；步骤3.2、基波电压的输出取决于系统潮流的需求，为限制基波电压的输出上限，本专利技术采用双环控制，外环为功率环，内环为电压环，分别如图6、7所示；将给定有功功率PL.ref、给定无功功率QL.ref分别与系统有功功率PL、无功功率QL进行比较得到偏差信号Perr、Qerr，Perr与Qerr分别经过PI控制器后得到内环的电压控制信号V21q.ref与V21d.ref，V21q.ref与V21d.ref为限幅输出，目的为保证内环给定信号在一定范围内，以此限制串联侧基波电压上限；测量串联侧变流器在线路上产生的串联电动势V21，利用DFT模块分别提取V21与首端电压V1’的幅值与初相角，通过单相park变换模块计算，得出基波串联电动势的d、q轴分量V21d与V21q，如图9所示；分别将V21d.ref、V21q.ref与V21d、V21q进行比较得到偏差信号V21d.err、V21q.err，经过PI控制器后最终得到串联侧变流器输出的基波电压的d、q分量Vsed.1与Vseq.1，以PLL输出的相角为参考相角，将Vsed与Vseq进行单相park逆变换，最终得到串联侧变流器输出的基波电压Vse1x；步骤3.3、3次谐波电压Vse3的大小取决于串联变流器有功功率Pse1的需求，实时测量串联侧变流器与系统交换的基波有功功率Pse1，通过V12d.3ref＝Pse1/0.5/(I3/3)求得V12d.3的值，为了避免串联侧变流器与系统交换3次谐波无功功率，因此V12q.3ref设为0；测量串联侧变流器在线路上产生的串联电动势V12，利用DFT模块分别提取V12与3次谐波电流I3的幅值与初相角，通过单相park变换模块计算，得出3次谐波串联电动势的d、q轴分量V12d.3与V12q.3，分别将V12d.3ref、V12q.3ref与V12d.3、V12q.3进行比较得到偏差信号V12d.err、V12q.err，经PI控制器后最终得到串联侧变流器输出的3次谐波电压的d、q分量Vsed.3与Vseq.3，利用PLL获取3次谐波电流的相角wt3，将Vsed.3与Vseq.3...

【技术特征摘要】
1.一种基于ADPSS/ETSDAC建模的分布式潮流控制器的控制方法，其特征在于，包括步骤1、在ADPSS/ETSDAC仿真平台下搭建单机无穷大系统，其中，线路上装有分布式潮流控制器串联侧变流器模型，VSC-SEx(x＝a,b,c)分别为串联侧a、b、c三相变流器等效模型；并联侧变流器分为VSC-SH1与VSC-SH2两部分，VSC-SH1与母线相接，VSC-SH2与变压器T1中性点相接；送电端发电机G1电压为Vs，受电端发电机G2电压为Vr；线路1阻抗为XL1，线路2阻抗为XL2，首末端的Y-△变压器分别为T1和T2，串联变压器分别为T3、T4、T5；步骤2、在ADPSS/ETSDAC仿真平台上搭建DPFC并联侧的电磁暂态等效模型；步骤2.1、DPFC并联侧变流器分为两个，一个是与母线相接的变流器VSC-SH1，另一个是与变压器T1中性点相接的VSC-SH2；VSC-SH1的控制目标为系统电压V1和VSC-SH1与VSC-SH2间的有功功率平衡关系，而VSC-SH2主要作用为产生3次谐波电流；步骤2.2、给定的系统电压V1.ref与系统实际电压V1比较得偏差信号，通过PI控制器后得到VSC-SH1所需的向系统注入的无功电流分量Ishq*；并联侧变流器直流电容电压的控制可以用并联变流器VSC-SH1与VSC-SH2之间的有功功率平衡关系来等效，通过实时测量VSC-SH2发出的有功功率Psh3，利用Psh3与Psh1进行比较得到偏差信号，将偏差信号经PI控制器后得到向系统注入的有功电流分量Ishd*；然后，利用锁相环PLL获取母线电压V1的相角wt，将Ishd*与Ishq*通过三相park逆变换，得到VSC-SH1向系统注入的三相电流指令Isha、Ishb、Ishc；将所求电流指令输入到三相受控电流源中，使其可产生相对应的电流；步骤2.3、并联侧变流器VSC-SH2为3次谐波电流产生环节，通过向单相受控电流源输入I3的期望幅值并使其与150Hz单位正弦波进行乘法运算，运算后得到3次谐波电流指令，将其输入至受控电流源中即可实现单相换流器向系统注入3次谐波电流；步骤3、在ADPSS/ETSDAC仿真平台中搭建DPFC串联侧的电磁暂态等效模型；步骤3.1、串联变流器的作用一方面是利用并联侧发出的3次谐波电流来维持其自身基波有功Pse1与3次谐波有功Pse3之间的平衡关系，产生对应的3次谐波电压来吸收3次谐波波功率；另一方面为对系统潮流需求的响应，产生相应的基频电压来控制线路潮流；由于串联变流器的输出为基波电压与3次谐波电压的叠加电压，因此其控制可分为对基波电压的控制与3次谐波电压的控制；步骤3.2、基波电压的输出取决于系统潮流的需求，为限制基波电压的输出上限，本发明采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐爱红，卢智键，翟晓晖，黄涌，郑旭，徐秋实，赵红生，乔立，洪梅子，张述元，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42