一种柔性直流输电系统高频振荡抑制方法及其系统技术方案

本发明专利技术是一种柔性直流输电系统高频振荡抑制方法及其系统。本发明专利技术通过在基频电流环的端电压前馈环节加入一阶低通滤波器环节进行高频振荡抑制，本发明专利技术抑制方案在其基础之上附加了一阶高通滤波环节及虚拟电阻调节环节调制通道，分离基频电流控制器电流前向通道中的高频分量并结合虚拟电阻进行幅值调制，用于抵消PI通道电流信号高频分量。相比于原有抑制措施，本发明专利技术能够极大程度降低系统发生高频振荡的风险，解决原有抑制方案在某些工况下无法完成抑制作用的问题。

A method and system for suppressing high frequency oscillation in flexible HVDC system

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电系统高频振荡抑制方法及其系统
本专利技术属于柔性直流输电领域的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法及其系统，更具体的，涉及一种基于附加电流控制支路的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法及其系统。
技术介绍
柔性直流输电作为一种以电压源型换流器及可控关断器件为基础的输电技术，凭借其诸多输电方面的优势得到了快速的发展及应用。模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)作为大容量柔性直流输电系统的重要组成装备，具备结构灵活，可控性强，输出波形质量好等众多优点，在大规模、远距离和异步联网输电项目中具广泛应用在柔性直流换流器运行过程中，由于电力电子设备的快速控制特性，使得所连接的交流系统易发生宽频带不稳定振荡现象，包括低频振荡，次超同步振荡以及高频振荡。关于低频和次超同步振荡的报到已经较为普遍，而高频振荡问题近年来也得到了较多的关注。高频振荡不仅会降低系统稳定性引起大范围事故，同时较大的电压电流应力会对电网中装备安全性带来较大挑战。目前抑制柔性直流输电系统高频振荡的方法主要有两种，一种是通过在基频电流环的端电压前馈环节加入低通滤波器进行高频振荡抑制，但这种方法在部分工况下抑制作用并不明显；另一种通过在交流侧增设滤波装置进行高频振荡抑制，这种方法将增加MMC的建造成本。综上所述，提出一种针对柔直输电系统高频振荡的优化抑制措施是亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种柔性直流输电系统高频振荡抑制方法。本专利技术解决柔性直流输电系统高频振荡的优化抑制措施，从而弥补现有抑制措施的不足。本专利技术的另一目的在于提出一种柔性直流输电系统高频振荡抑制方法所用的系统，本专利技术所用的系统简单方便，无需增加MMC建造成本。为实现上述目的，本专利技术提出了一种柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，包括以下步骤：S1)确定柔性直流输电系统中MMC装备基频电流控制器旋转dq坐标下电流参考信号；S2)采样获取MMC装备交流电流及电压并做park变换得到旋转dq坐标下电压及电流信号；S3)取旋转dq坐标下电流参考信号、电流信号差值，经过PI调节环节，得到第一路内电势调制信号；S4)取旋转dq坐标下电流信号，经过一阶高通滤波环节及虚拟电阻调节环节，得到第二路内电势调制信号；S5)取旋转dq坐标下电压信号，经过一阶低通滤波环节，得到第三路内电势调制信号；S6)由S3～S5中三路内电势调制信号得到综合内电势调制信号，将综合内电势调制信号做反park坐标变换得到静止坐标下内电势调制信号；S7)结合直流电压信号和静止坐标下内电势调制信号得到MMC装备调制信号，作用于MMC装备，相比于原始控制系统输出调制信号，附加第二路和第三路内电势调制信号的作用将有效抑制系统高频振荡。本专利技术柔性直流输电系统高频振荡抑制方法所用的系统，包括有：a、实际MMC装备等效模块1/(R+Ls)、Z(s)代表实际装备数学化后的结果；b、参考信号获取模块，用于获取柔性直流输电系统中MMC装备基频电流控制器d、q轴电流参考信号idref、iqref；c、park坐标变换与反park坐标变换模块，用于转换变量所在的坐标系的一种数学变换；d、实际信号采集模块，用于通过采样获取MMC阀侧三相交流电压电流，做park坐标变换获得d、q轴电流电压信号id、iq、ud、uq；e、第一路内电势调制信号产生模块，取基频电流控制器d、q轴电流参考信号idref、iqref与采样获得的d、q轴电流信号id、iq的差值，经过PI环节，将输出作为第一路内电势调制信号；f、一阶高通滤波环节Ghpf，用于滤除设定截止频率以下的信号成分；g、虚拟调制电阻rvir，用于调制通道信号的增益；h、延时集中等效环节e-sTd，用于等效系统所有部分延时；i、第二路内电势调制信号产生模块，取d、q轴电流信号id、iq，经一阶高通滤波环节Ghpf及虚拟调制电阻rvir获得第二路内电势调制信号；j、一阶低通滤波环节Glpf，用于滤除设定截止频率以上的信号成分；k、第三路内电势调制信号产生模块，取d、q轴电压信号ud、uq，经过一阶低通滤波环节Glpf获得第三路内电势调制信号；l、信号合成计算模块，对得到的三路内电势调制信号进行综合，其中内电势第一路和第三路调制信号的符号结合控制系统自身确定，内电势第二路调制信号符号与第一路调制信号符号相同，用于抵消电流信号中高频成分；m、调制信号获取模块，由经过反park变换得到的内电势调制信号与直流电压信号获取作用于MMC装备的阀调制信号，附加第二路和第三路内电势调制信号的作用将有效抑制系统高频振荡。通过本专利技术的以上技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有下列有益技术效果：1)相比第一种已有抑制措施，本专利技术通过在基频电流环的端电压前馈环节加入一阶低通滤波器环节进行高频振荡抑制，本专利技术抑制方案在其基础之上附加了一阶高通滤波环节及虚拟电阻调节环节调制通道，分离基频电流控制器电流前向通道中的高频分量并结合虚拟电阻进行幅值调制，用于抵消PI通道电流信号高频分量。相比于原有抑制措施，本专利技术能够极大程度降低系统发生高频振荡的风险，解决原有抑制方案在某些工况下无法完成抑制作用的问题；2)相比第二种已有抑制措施，本专利技术通过在交流侧增设滤波装置进行高频振荡抑制，本专利技术抑制方案无需增加MMC建造成本。附图说明图1是本专利技术所提供的一种柔性直流输电系统高频振荡抑制方法流程图；图2是三相MMC装备及其等效交流网络结构图；图3是本专利技术所提供的一种柔性直流输电系统高频振荡抑制方法所用系统的结构框图；图4为本专利技术所研究对象在某一工况下系统发生高频振荡时MMC阀侧三相交流电流波形及其傅里叶分解结果图；图5为本专利技术所研究对象在某一工况下系统发生高频振荡时MMC阀侧三相交流电压波形及其傅里叶分解结果；图6为已有第一种柔性直流输电系统高频振荡抑制措施下，不同滤波器参数时系统的稳态交流电流波形；图7为本专利技术所提供高频振荡抑制措施下，不同滤波器参数时系统的稳态交流电流波形。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为实现上述目的，本专利技术提供了一种柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，如图1所示，包括以下步骤：S1)确定柔性直流输电系统中MMC装备基频电流控制器旋转dq坐标下电流参考信号；具体的，采用的控制方式为直接电流控制，采用双闭环控制或者基频电流单环控制，在双闭环控制下，功率外环输出可作为电流内环电流参考值，若只考虑基频电流单环控制，电流环参考值由所需传输功率直接计算获得。S2)采样获取MMC装备交流电流电压并做park变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，其特征在于包括以下步骤：/nS1)确定柔性直流输电系统中MMC装备基频电流控制器旋转dq坐标下电流参考信号；/nS2)采样获取MMC装备交流电流及电压并做park变换得到旋转dq坐标下电压及电流信号；/nS3)取旋转dq坐标下电流参考信号、电流信号差值，经过PI调节环节，得到第一路内电势调制信号；/nS4)取旋转dq坐标下电流信号，经过一阶高通滤波环节及虚拟电阻调节环节，得到第二路内电势调制信号；/nS5)取旋转dq坐标下电压信号，经过一阶低通滤波环节，得到第三路内电势调制信号；/nS6)由S3～S5中三路内电势调制信号得到综合内电势调制信号，将综合内电势调制信号做反park坐标变换得到静止坐标下内电势调制信号；/nS7)结合直流电压信号和静止坐标下内电势调制信号得到MMC装备调制信号，作用于MMC装备，相比于原始控制系统输出调制信号，附加第二路和第三路内电势调制信号的作用将有效抑制系统高频振荡。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，其特征在于包括以下步骤：
S1)确定柔性直流输电系统中MMC装备基频电流控制器旋转dq坐标下电流参考信号；
S2)采样获取MMC装备交流电流及电压并做park变换得到旋转dq坐标下电压及电流信号；
S3)取旋转dq坐标下电流参考信号、电流信号差值，经过PI调节环节，得到第一路内电势调制信号；
S4)取旋转dq坐标下电流信号，经过一阶高通滤波环节及虚拟电阻调节环节，得到第二路内电势调制信号；
S5)取旋转dq坐标下电压信号，经过一阶低通滤波环节，得到第三路内电势调制信号；
S6)由S3～S5中三路内电势调制信号得到综合内电势调制信号，将综合内电势调制信号做反park坐标变换得到静止坐标下内电势调制信号；
S7)结合直流电压信号和静止坐标下内电势调制信号得到MMC装备调制信号，作用于MMC装备，相比于原始控制系统输出调制信号，附加第二路和第三路内电势调制信号的作用将有效抑制系统高频振荡。


2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，其特征在于上述基频电流控制器旋转dq坐标下电流参考信号所对应的控制方式为直接电流控制，采用双闭环控制或者基频电流单环控制，在双闭环控制下，功率外环输出可作为电流内环电流参考值，若只考虑基频电流单环控制，电流环参考值由所需传输功率直接计算获得。


3.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，其特征在于上述采样获取MMC装备交流电流电压并做park变换，这里交流电流特指MMC装备阀侧交流电流，交流电压采样点设置在三相变压器阀侧或网侧。


4.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，其特征在于上述取旋转dq坐标下电流参考信号、电流信号差值，经过PI调节环节，得到第一路内电势调制信号，具体满足如下计算公式：



其中，idref和iqref分别代表基频电流控制器d、q轴电流参考值，id和iq分别代表基频电流控制器d、q轴电流采样值，需要注意的是，此处d、q轴电流采样值是park变换后的数值再经过系统延时集中等效环节e-sTd得到的，下面步骤的电压采样值也是如此，edref1和eqref1分别代表内电势调制信号d、q轴第一路信号参考值，由d、q轴电流参考信号与采样获得的d、q轴电流信号的差值，经过PI环节输出得到，ki和kp分别代表PI环节积分和比例调节系数，d、q轴控制器调节系数在此可取相同数值。


5.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，其特征在于上述取旋转dq坐标下电流信号，经过一阶高通滤波及虚拟电阻调节环节，得到第二路内电势调制信号，该路信号的生成包括如下两个步骤：
S41)取d、q轴电流信号，经过一阶高通滤波，该步骤通过高通滤波分离d、q轴电流设定截止频率以上高频成分，满足如下计算公式：



S42)对S41中得到的内电势调制信号d、q轴第二路信号参考值中间信号进行增益调制，满足如下计算公式：



以上计算公式中edref2和eqref2分别代表内电势调制信号d、q轴第二路信号参考值，ωc为设定的一阶高通滤波环节Ghpf截止频率，rvir为虚拟调制电阻，对通道高频信号幅值进行调制，生成内电势调制信号d、q轴第二路信号参考值。该通道主要作...

【专利技术属性】
技术研发人员：周剑，林磊，刘洪涛，韦超，朱建行，谢惠藩，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44