基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法及系统技术方案

本发明专利技术是一种基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法及其系统。本发明专利技术基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法包括有两级抑制，第一级抑制是在基频电流控制器的端电压前馈端增设低通滤波器，目的是减小电压回路的高频成分，第二级抑制是针对第一级抑制不能解决的工况提出有效的抑制措施，方法是在PI控制器的比例环节增设低通滤波器，功能是配合第一级抑制，实现对控制器中电压和PI控制比例环节电流的高频成分进行滤波处理，从而达到抑制高频振荡的目的。本发明专利技术不需要额外增加滤波成本，且本发明专利技术能解决大部分高频振荡工况，能实现高频振荡的抑制。

【技术实现步骤摘要】
基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法及系统
本专利技术属于电压变换器领域的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法及系统，更具体地，涉及一种基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法及系统。
技术介绍
模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)作为一种大容量柔性直流换流器装备，在新能源并网(张北四端直流输电工程)，区域电网异步互联(鲁西背靠背直流工程)和远距离电能传输(昆柳龙特高压三端混合直流工程)等领域发挥愈发重要的作用。MMC并网交流系统的高频振荡问题近年来不断得到国内外专家学者和工程技术人员的重视，例如MMC与交流系统的1.7kHz的高频振荡问题，风电并网接入MMC系统引起的800Hz的高频振荡问题和以鲁西背靠背直流工程“4.10”高频振荡1.2kHz事故为对象的分析研究。一方面，高频振荡会降低系统稳定性，可能会进一步引发系统故障保护动作(如鲁西背靠背“4.10”高频振荡事故)，从而导致更大范围的系统事故；另一方面，高频振荡引起的电压和电流的应力对电网装备安全运行带来较大的挑战，威胁设备可靠运行或降低设备的寿命。因此，高频振荡风险是电网安全稳定、可靠运行不可忽略的稳定问题，需要研究合理的抑制措施。常用的抑制措施主要有两种，一种抑制措施是在交流输出侧增设滤波器，但该抑制措施增加了运行成本；另一种抑制措施主要是通过优化MMC控制系统实现，该方法成本较低。考虑高频振荡频率和控制器带宽的关系，基频电流控制系统(控制器)对高频振荡的影响最大。因此通过优化基频电流控制系统的措施可以采用端电压前馈控制增设低通滤波器，该优化方案在一定程度上能改善系统的高频特性，从而实现高频振荡抑制的作用。另外，通过适当减小端电压前馈低通滤波器带宽也能提升高频振荡抑制的能力，然而过低的滤波器带宽会影响系统的动态性能。若端电压前馈增设滤波器的方法已经用到极限(即无法再降低带宽)仍然不能改善系统稳定性时，则需要考虑更进一步的抑制措施。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，本专利技术旨在不增加运行成本的条件下，解决现有技术对高频振荡不能完全抑制的工况。本专利技术的另一目的在于提出一种基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法所用的系统。本专利技术使用简单方便，不需要额外增加滤波成本。为实现上述目的，本专利技术提出一种基于电流控制优化的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，包括以下步骤：S1)检测柔性直流输电系统MMC交流输出侧电流波形；S2)利用录波装置对交流侧电压电流，上、下桥臂电压及电流分别做信号采集和FFT分析并判断是否有高频成分，如果没有高频成分，则系统是稳定状态，则跳转步骤S6)；如果有高频成分，则再判断电流电压的幅值和频率是否超过设备安全的额定值，如果没有超过设备安全的额定值，则跳转步骤S6)；如果超过设备安全的额定值，则执行步骤S3)；S3)MMC基频电流控制器的端电压前馈端增设低通滤波器，执行S4)；S4)检测柔性直流输电系统MMC交流输出侧电流波形；利用录波装置对交流侧电压电流，上、下桥臂电压及电流分别做信号采集和FFT分析并判断是否有高频成分，如果没有高频成分，则系统是稳定状态，则跳转步骤S6)；如果有高频成分，则再判断电流电压幅值和频率是否超过设备安全的额定值，如果没有超过设备安全的额定值，则跳转步骤S6)；如果超过设备安全的额定值，则执行步骤S5)；S5)在基频电流控制器的比例环节增设低通滤波器，配合步骤S3)的电压滤波，实现了对基频电流控制器的电压和比例环节电流的低通滤波，高频振荡得以抑制；S6)结束高频振荡抑制过程。本专利技术基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法所用的系统，由三部分组成：MMC基频电流控制器的原始控制器、端电压前馈滤波器以及PI控制器比例环节滤波器，其中：1)MMC基频电流控制器的原始控制器的控制方法是：分别取d轴和q轴电流信号及电流参考信号之间差值，通过PI控制器的比例环节得到d轴和q轴的第一路信号；上述差值通过PI控制器的积分环节得到d轴和q轴的第二路信号；取d轴电流取相反数以及q轴电流经过MMC电感与角频率的乘积并作交叉，从而分别得到q轴和d轴的第三路信号；d轴和q轴电压信号作为第四路信号；对d轴和q轴各自的四路信号做累加分别得到d轴和q轴的输出信号，其是利用PI控制器的无静差跟踪对电流信号进行控制，从而得到内电势参考值；2)端电压前馈低通滤波器：该部分是在上述基本控制方法的基础上，对第四路信号进行滤波处理，该部分是第一级抑制，其是滤除控制器中端电压前馈的高频成分；3)PI控制器比例环节滤波器：该部分是在上述基本控制方法的基础上，对第一路信号进行滤波处理，该部分是第二级抑制，其是滤除控制器中的PI控制器比例环节回路的高频成分。本专利技术基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法包括有两级抑制，第一级抑制是在基频电流控制器的端电压前馈端增设低通滤波器，目的是减小电压回路的高频成分，第二级抑制是针对第一级抑制不能解决的工况提出有效的抑制措施，方法是在PI控制器的比例环节增设低通滤波器，功能是配合第一级抑制，实现对控制器中电压和PI控制比例环节电流的高频成分进行滤波处理，从而达到抑制高频振荡的目的。相对于现有的抑制措施，本专利技术具有以下优势：1)本专利技术选择在控制侧投入滤波器，仅仅改变控制器的部分结构，不需要额外增加滤波成本；2)本专利技术能解决大部分高频振荡工况。当电压前馈低通滤波器无法完成高频振荡抑制功能时，本专利技术基本能完成抑制效果。附图说明：图1是本专利技术高频振荡抑制方法的流程图；图2是本专利技术抑制方法所用系统(控制器)的原理图；图中端电压前馈控制(TerminalVoltageFeedforwardControl，TVFC)，低通滤波器(Low-passfilter，LPF)，PI控制比例环节(kppath)均用相应括号后的简写表示；图3为发生高频振荡后，投入100Hz带宽的电压前馈滤波器前后MMC交流输出电流波形的变化；图4是对图3在变化前后波形的局部放大；图5为发生高频振荡后，投入300Hz基频电流控制器比例环节电流滤波器前后MMC交流输出电流波形的变化；图6是对图5在变化前后波形的局部放大；图7为发生高频振荡后，投入100Hz电压前馈滤波器和300Hz基频电流控制器比例环节电流滤波器前后MMC交流输出电流波形的变化；图8是对图7在变化前后波形的局部放大；图9为发生高频振荡后，投入100Hz电压前馈滤波器和和100Hz基频电流控制器比例环节电流滤波器MMC交流输出电流波形；图10是对图9在变化前后波形的局部放大。具体实施方案为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的实施例仅用以解释本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电流控制的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)检测柔性直流输电系统MMC交流输出侧电流波形；/nS2)利用录波装置对交流侧电压电流，上、下桥臂电压及电流分别做信号采集和FFT分析并判断是否有高频成分，如果没有高频成分，则系统是稳定状态，则跳转步骤S6)；如果有高频成分，则再判断电流电压的幅值和频率是否超过设备安全的额定值，如果没有超过设备安全的额定值，则跳转步骤S6)；如果超过设备安全的额定值，则执行步骤S3)；/nS3)MMC基频电流控制器的端电压前馈端增设低通滤波器，执行S4)；/nS4)检测柔性直流输电系统MMC交流输出侧电流波形；利用录波装置对交流侧电压电流，上、下桥臂电压及电流分别做信号采集和FFT分析并判断是否有高频成分，如果没有高频成分，则系统是稳定状态，则跳转步骤S6)；如果有高频成分，则再判断电流电压幅值和频率是否超过设备安全的额定值，如果没有超过设备安全的额定值，则跳转步骤S6)；如果超过设备安全的额定值，则执行步骤S5)；/nS5)在基频电流控制器的比例环节增设低通滤波器，配合步骤S3)的电压滤波，实现了对基频电流控制器的电压和比例环节电流的低通滤波，高频振荡得以抑制；/nS6)结束高频振荡抑制过程。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于电流控制的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)检测柔性直流输电系统MMC交流输出侧电流波形；
S2)利用录波装置对交流侧电压电流，上、下桥臂电压及电流分别做信号采集和FFT分析并判断是否有高频成分，如果没有高频成分，则系统是稳定状态，则跳转步骤S6)；如果有高频成分，则再判断电流电压的幅值和频率是否超过设备安全的额定值，如果没有超过设备安全的额定值，则跳转步骤S6)；如果超过设备安全的额定值，则执行步骤S3)；
S3)MMC基频电流控制器的端电压前馈端增设低通滤波器，执行S4)；
S4)检测柔性直流输电系统MMC交流输出侧电流波形；利用录波装置对交流侧电压电流，上、下桥臂电压及电流分别做信号采集和FFT分析并判断是否有高频成分，如果没有高频成分，则系统是稳定状态，则跳转步骤S6)；如果有高频成分，则再判断电流电压幅值和频率是否超过设备安全的额定值，如果没有超过设备安全的额定值，则跳转步骤S6)；如果超过设备安全的额定值，则执行步骤S5)；
S5)在基频电流控制器的比例环节增设低通滤波器，配合步骤S3)的电压滤波，实现了对基频电流控制器的电压和比例环节电流的低通滤波，高频振荡得以抑制；
S6)结束高频振荡抑制过程。


2.根据权利要求1所述的基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，其特征在于步骤S2)及步骤S4)都是利用录波仪、示波器利用录波装置对交流侧电压电流，上、下桥臂电压及电流分别做信号采集和FFT分析并判断是否有高频成分。


3.根据权利要求1所述的基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制方法，其特征在于步骤S3)及S5)中的低通滤波器是一阶低通滤波器，或巴特沃斯低通滤波器。或其他不同带宽的低通滤波器，均属于本发明限定内容。


4.根据权利要求1所述的基于电流控制的柔性直流输电系统高频振荡抑...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅勇，林磊，谢惠藩，王一帆，朱建行，刘洪涛，
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