一种抑制混合多馈入直流换相失败的附加控制方法技术

本发明专利技术提出了一种抑制混合多馈入直流换相失败的附加控制方法，其步骤：根据直流输电系统结构，建立常规直流输电系统的数学模型；建立柔性直流和常规直流联络线之间传输的功率方程，并修改功率方程；利用修改后的功率方程得到混合多馈入系统的数学模型；搭建混合多馈入直流输电系统模型；测量逆变侧交流母线的电压信号；经过微分环节后与电压给定值作差得到电压偏差量；经过死区环节和PI控制器得到无功功率偏差；将无功功率偏差叠加到柔性直流的无功功率主控制器上，从而抑制混合多馈入直流后续换相失败。本发明专利技术在混合多馈入直流系统受端发生故障时，能迅速提升无功功率进行补偿，维持换流母线电压稳定；不仅节省了投资，而且控制效果更佳。

An additional control method for suppressing the commutation failure of hybrid multi infeed HVDC

The invention provides an additional control method for suppressing the commutation failure of hybrid multi infeed DC. The steps are as follows: according to the structure of DC transmission system, establish the mathematical model of conventional DC transmission system; establish the power equation of transmission between flexible DC and conventional DC tie line, and modify the power equation; use the modified power equation to obtain the mathematical model of hybrid multi infeed system The model of hybrid multi infeed HVDC system is built; the voltage signal of the AC bus at the inverter side is measured; the voltage deviation is obtained by the differential link and the voltage given value; the reactive power deviation is obtained by the dead zone link and PI controller; the reactive power deviation is superposed on the flexible DC main reactive power controller to suppress the subsequent commutation loss of hybrid multi infeed DC Defeat. When the receiving end of the hybrid multi infeed DC system breaks down, the invention can rapidly raise the reactive power for compensation, maintain the voltage stability of the converter bus, save investment and have better control effect.

【技术实现步骤摘要】
一种抑制混合多馈入直流换相失败的附加控制方法
本专利技术涉及混合多馈入直流稳定控制的
，尤其涉及一种抑制混合多馈入直流换相失败的附加控制方法。
技术介绍
新型电力电子器件---绝缘栅双极晶体管(Insulatedgatebipolartransistor，IGBT)逐渐在工业换流领域得到了应用。使得采用IGBT构成的电压源型换流器进行直流输电得以实现。以IGBT为基本开关元件构成的柔性直流输电VSC-HVDC与常规高压直流输电LCC-HVDC相比具有谐波小，无换相失败风险，且可以实现四象限运行等优点。混合多馈入直流输电系统是在多馈入直流输电的基础上，随着柔性直流输电的发展和原来的常规高压直流输电馈入到同一交流电网，形成的新的电网结构。目前，混合多馈入直流输电在实际工程中已有应用案例；由于常规直流输电在受端交流系统发生故障扰动的情况下，极易发生电压失稳。柔性直流输电正常工作时，不受交流系统强度的影响，有功及无功功率四象限运行，控制灵活且容易实现、可运行于孤岛模式、不存在换相失败等。柔性直流供电不仅不需要交流侧提供无功功率，而且能够起到静止同步补偿器STATCOM的作用，即动态补偿交流母线无功功率，稳定交流母线电压。如果柔性直流容量允许，故障时柔性直流系统可以向故障区域提供有功功率和无功功率的紧急支援，提高系统电压和功角稳定性。柔性直流输电的馈入对稳定常规直流输电交流系统电压具有重要作用，能向受端公共交流母线提供一定的无功功率，以稳定交流母线上故障扰动引起的电压变化，同时可以提供一定的换相电压来支撑常规直流的换相过程，因此能够抑制常规高压直流输电的换相失败，提高混合多馈入直流的稳定性。
技术实现思路
针对混合多馈入直流输电系统中的常规高压直流输电在逆变侧发生故障时引起的母线电压跌落容易造成换相失败的技术问题，本专利技术提出一种抑制混合多馈入直流换相失败的附加控制方法，设计了柔性直流附加无功功率控制器的具体架构，能够在常规直流母线跌落时，紧急提升柔性直流的无功功率，维持母线电压水平，避免后续换相失败问题，提高了混合多馈入直流运行稳定性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种抑制混合多馈入直流换相失败的附加控制方法，其步骤如下：步骤一：根据常规直流输电系统的结构，建立常规直流输电系统的数学模型：Pd1＝Ud1Id1(3)Qd1＝Pd1tanφ1(4)Pac1＝[U12cosθ1-E1U1cos(δU1-δE1+θ1)]/|Z1|(6)Qac1＝[U12sinθ1-E1U1sin(δU1-δE1+θ1)]/|Z1|(7)QC1＝BC1U12(8)Pd1-Pac1-Pc1＝0(9)Qd1-Qac1-Qc1＝0(10)其中，Ud1和Id1分别为常规直流输电系统的直流电压和电流；Pd1和Qd1分别为直流有功和无功功率；Pac1和Qac1分别为交流侧的有功功率和无功功率；Pc1和Qc1分别为逆变侧滤波器及无功补偿装置的有功功率消耗和无功补偿容量；XT1为换流变压器的漏抗；T1为换流变压器变比；Bc1为逆变侧滤波器及无功补偿装置的等值电纳；Z1为系统等值阻抗；U1∠δU1为交流母线电压，E1∠δE1为交流电动势；μ1是换流器的换相重叠角；γ1为逆变器的关断角；φ1为功率因数角，θ1为常规直流的交流等值阻抗的相角；步骤二：根据复功率基本方程建立柔性直流和常规直流联络线之间传输的功率方程：其中，P12和Q12分别为联络线上柔性直流向常规直流传输的有功功率和无功功率；Z12为柔性直流和常规直流的联络阻抗；为常规直流逆变侧交流母线电压矢量，为柔性直流逆变侧交流母线电压矢量，j是虚数单位，*表示共轭符号；步骤三：考虑柔性直流接入后，修改功率方程为：Pd1-Pac1-Pc1-P12＝0(12)Qd1-Qac1-Qc1-Q12＝0；(13)步骤四：利用步骤三修改后的功率方程替换常规直流输电系统的数学模型中的功率方程，得到混合多馈入系统的数学模型；步骤五：根据步骤四中混合多馈入系统的数学模型搭建混合多馈入直流输电系统模型；步骤六：采用多功能万用表，测量得到混合多馈入直流输电系统的常规直流输电的逆变侧交流母线的电压信号U1；步骤七：逆变侧交流母线的电压信号U1经过微分环节s/(1+Ts)后得到信号U1R，其中，s为微分符号，T是微分时间常数；步骤八：得到信号U1R后，将信号U1R与电压给定值Uref作差，得到电压偏差量ΔU：U1R-Uref＝ΔU，(14)其中，Uref为系统正常运行时，常规直流的交流母线的电压给定值；步骤九：得到电压偏差量ΔU后，经过一死区环节得到信号ΔU1R，死区环节的区间为[-ΔU0，ΔU0]，ΔU0表示系统正常运行时母线电压波动值；步骤十：步骤九得到的信号ΔU1R经过PI控制器得到无功功率偏差ΔQ；步骤十一：将得到的无功功率偏差ΔQ叠加到柔性直流的无功功率主控制器上，从而抑制混合多馈入直流后续换相失败。所述混合多馈入直流输电系统将柔性直流和常规直流共同馈入到同一个交流系统中，并且柔性直流和常规直流有联络阻抗相连接。所述混合多馈入直流输电系统包括LCC-HVDC子系统和VSC-HVDC子系统，LCC-HVDC子系统包括电流源型换流器模块和第一换流变压器，电流源型换流器模块与第一换流变压器相连接，第一换流变压器通过第一交流等值阻抗Z1与第一受端交流系统的等值电源E1相连接；VSC-HVDC子系统包括电压源型换流器模块和第二换流变压器，电压源型换流器模块与第二换流变压器相连接，第二换流变压器通过第二交流等值阻抗Z2与第二受端交流系统的等值电源E2相连接；LCC-HVDC子系统的第一受端交流系统和VSC-HVDC子系统的第二受端交流系统通过联络线相连接，联络线上设有联络阻抗，LCC-HVDC子系统的第一受端交流系统的交流母线处装有无功补偿装置，无功补偿装置的另一端接地。所述LCC-HVDC子系统的第一受端交流系统通过交流母线BUS1与联络线相连接，VSC-HVDC子系统的第二受端交流系统的交流母线BUS2与联络线相连接，交流母线BUS2的另一端与无功补偿装置相连接。所述第一受端交流系统的有功功率和无功功率分别为Pac1和Qac1，第二受端交流系统的有功功率和无功功率分别为Pac2和Qac2；电流源型换流器模块的有功功率和无功功率分别为Pd1和Qd1，电压源型换流器模块的有功功率和无功功率分别为Pd2、Qd2；LCC-HVDC子系统的联络线的有功功率和无功功率分别为Pt1和Qt1，VSC-HVDC子系统的联络线的有功功率和无功功率分别为Pt2、Qt2；两个联络线阻抗的幅值和相角分别为Zt和θt；无功补偿装置的阻抗和相角分别为Zc和θc；LCC-HVDC子系统的直流电压和直流电流分别为Ud和Id；LCC-HVDC子系统的母线电压的幅值和相角分别为U1、δ1，VSC-H本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制混合多馈入直流换相失败的附加控制方法，其特征在于，其步骤如下：/n步骤一：根据常规直流输电系统的结构，建立常规直流输电系统的数学模型：/n

【技术特征摘要】
1.一种抑制混合多馈入直流换相失败的附加控制方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：根据常规直流输电系统的结构，建立常规直流输电系统的数学模型：






Pd1＝Ud1Id1(3)
Qd1＝Pd1tanφ1(4)



Pac1＝[U12cosθ1-E1U1cos(δU1-δE1+θ1)]/|Z1|(6)
Qac1＝[U12sinθ1-E1U1sin(δU1-δE1+θ1)]/|Z1|(7)
QC1＝BC1U12(8)
Pd1-Pac1-Pc1＝0(9)
Qd1-Qac1-Qc1＝0(10)
其中，Ud1和Id1分别为常规直流输电系统的直流电压和电流；Pd1和Qd1分别为直流有功和无功功率；Pac1和Qac1分别为交流侧的有功功率和无功功率；Pc1和Qc1分别为逆变侧滤波器及无功补偿装置的有功功率消耗和无功补偿容量；XT1为换流变压器的漏抗；T1为换流变压器变比；Bc1为逆变侧滤波器及无功补偿装置的等值电纳；Z1为系统等值阻抗；U1∠δU1为交流母线电压，E1∠δE1为交流电动势；μ1是换流器的换相重叠角；γ1为逆变器的关断角；φ1为功率因数角，θ1为常规直流的交流等值阻抗的相角；
步骤二：根据复功率基本方程建立柔性直流和常规直流联络线之间传输的功率方程：



其中，P12和Q12分别为联络线上柔性直流向常规直流传输的有功功率和无功功率；Z12为柔性直流和常规直流的联络阻抗；为常规直流逆变侧交流母线电压矢量，为柔性直流逆变侧交流母线电压矢量，j是虚数单位，*表示共轭符号；
步骤三：考虑柔性直流接入后，修改功率方程为：
Pd1-Pac1-Pc1-P12＝0(12)
Qd1-Qac1-Qc1-Q12＝0；(13)
步骤四：利用步骤三修改后的功率方程替换常规直流输电系统的数学模型中的功率方程，得到混合多馈入系统的数学模型；
步骤五：根据步骤四中混合多馈入系统的数学模型搭建混合多馈入直流输电系统模型；
步骤六：采用多功能万用表，测量得到混合多馈入直流输电系统的常规直流输电的逆变侧交流母线的电压信号U1；
步骤七：逆变侧交流母线的电压信号U1经过微分环节s/(1+Ts)后得到信号U1R，其中，s为微分符号，T是微分时间常数；
步骤八：得到信号U1R后，将信号U1R与电压给定值Uref作差，得到电压偏差量ΔU：
U1R-Uref＝ΔU，(14)
其中，Uref为系统正常运行时，常规直流的交流母线的电压给定值；
步骤九：得到电压偏差量ΔU后，经过一死区环节得到信号ΔU1R，死区环节的区间为[-ΔU0，ΔU0]，ΔU0表示系统正常运行时母线电压波动值；
步骤十：步骤九得到的信号ΔU1R经过PI控制器得到无功功率偏差ΔQ；
步骤十一：将得到的无功功率偏差ΔQ叠加到柔性直流的无功功率主控制器上，从而抑制混合多馈入直流后续换相失败。


2.根据权利要求1所述的抑制混合多馈入直流换相失败的附加控制方法，其特征在于，所述混合多馈入直流输电系统将柔性直流和常规直流共同馈入到同一个交流系统中，并且柔性直流和常规直流有联络阻抗相连接。


3.根据权利要求2所述的抑制混合多馈入直流换相失败的附加控制方法，其特征在于，所述混合多馈入直流输电系统包括LCC-HVDC子系统和VSC-HVDC子系统，LCC-HVDC子系统包括电流源型换流器模块和第一换流变压器，电流源型换流器模块与第一换流变压器相连接，第一换流变压器通过第一交流等值阻抗Z1与第一受端交流系统的等值电源E1相连接；VSC-HVDC子系统包括电压源型换流器模块和第二换...

【专利技术属性】
技术研发人员：李从善，安小宇，和萍，杨小亮，季玉琦，陶玉昆，武小鹏，申永鹏，王明杰，杨存祥，李忆恺，方琰，绳庭钰，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南;41