【技术实现步骤摘要】
基于虚拟同步机的特高压直流输电系统换流站控制系统
本专利技术涉及一种特高压直流输电系统换流站控制系统。
技术介绍
特高压直流输电技术是目前国际较为先进的输电技术，与交流输电技术相比，其具有距离远、容量大、损耗低、占地少等优点，对于促进清洁能源发展、转变能源发展方式、加快结构调整、拉动经济增长具有重要意义。由于特高压直流输电系统的传输功率较传统输电系统大幅增加，交直流输电并联系统的不断发展，特高压直流输电的控制系统性能对整个系统的稳定性以及可靠性具有重要影响。目前特高压直流输电多采用定功率控制，即整流侧采用直流电流控制，逆变侧采用直流电压控制的控制模式，此类控制并不能对交流系统的电压以及频率做出相应的响应。又由于换流器并不具备类似传统同步发电机的转动惯量和阻尼特性，不能对交流系统提供一次调频支撑，随着高压直流输电系统等中的电力电子装置在电网中的渗透率不断增加，电力系统的等效转动惯量和阻尼也相应的降低，导致系统调频能力下降，这给电力系统的安全稳定运行提出了巨大挑战。近些年来，由于虚拟同步机(VSG)技术的不断发展，基于VSG技术的逆变器控制方法在分布式能源、新能源发电等系统中逐渐应用起来。该技术能够通过一定的控制策略模拟同步发电机的转动惯量和阻尼特性，并使逆变器具有调频调压功能，表现出同步发电机的运行特性，进而增强系统的调频能力。但目前关于VSG的研究多集中于单台逆变器的调频调压特性研究，直流侧通常以直流电压源代替，如何将VSG应用于特高压直流输电系统，并实现交流系统的调频以及直流电压的控制，需要进一步的...
【技术保护点】
1.一种基于虚拟同步机的特高压直流输电系统换流站控制系统，其特征在于：所述的控制系统中，整流侧虚拟同步机VSG1与送端电网连接，逆变侧虚拟同步机VSG2与受端电网连接；所述控制系统还包括无功调节模块、有功调节模块、虚拟转子模块和电气模块；在整流侧虚拟同步机VSG1的有功功率调节模块中，有功-频率下垂控制器根据整流侧交流系统频率变化得出整流侧频率下垂对应功率ΔP
【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟同步机的特高压直流输电系统换流站控制系统，其特征在于：所述的控制系统中，整流侧虚拟同步机VSG1与送端电网连接，逆变侧虚拟同步机VSG2与受端电网连接；所述控制系统还包括无功调节模块、有功调节模块、虚拟转子模块和电气模块；在整流侧虚拟同步机VSG1的有功功率调节模块中，有功-频率下垂控制器根据整流侧交流系统频率变化得出整流侧频率下垂对应功率ΔPD2，整流侧频率无差调节器根据整流侧交流系统频率变化以及直流电压参考值Udcref得出直流电压等效参考值整流侧直流电压控制器根据直流电压等效参考值以及直流电压实际值Udc得出直流电压调节对应功率ΔP2，整流侧有功功率控制器利用整流侧频率下垂对应功率ΔPD2、直流电压调节对应功率ΔP2和传输功率偏差值ΔPc，调整整流侧输入机械功率Pmc2；在逆变侧虚拟同步机VSG2的有功功率调节模块中，有功-频率下垂控制器根据逆变侧交流系统频率变化得出逆变侧频率下垂对应功率ΔPD1，逆变侧频率无差调节器根据逆变侧交流系统频率变化得出逆变侧频率无差调节对应功率ΔP1，逆变侧有功功率控制器利用逆变侧频率下垂对应功率ΔPD1、逆变侧频率无差调节对应功率ΔP1和传输功率偏差值ΔPc，调整逆变侧输入机械功率Pmc1；根据逆变侧输入机械功率Pmc1和整流侧输入机械功率Pmc2确定VSG换流器输入机械功率Pm，而后虚拟转子模块利用VSG换流器输入机械功率Pm得到VSG交流系统电角度θ；在无功调节模块中，无功-电压下垂控制器根据VSG交流系统电压变化得到无功偏差对应调节电压值ΔVQ，虚拟励磁调节器利用无功偏差对应调节电压值ΔVQ以及VSG输出电压额定值与实际值的差值ΔV，得出指令电压值E，最后，电气模块利用得到的VSG交流系统电角度θ和指令电压值E，得到等效指令电压和进而对VSG输出信号进行控制。
2.如权利要求1所述的基于虚拟同步机的特高压直流输电系统换流站控制系统，其特征在于：所述的控制系统工作过程如下：
步骤1，根据VSG交流系统角频率变化以及VSG输出功率变化，在逆变侧通过有功功率控制器、有功-频率下垂控制器与频率无差调节器结合的控制方法，在整流侧通过有功功率控制器、有功-频率下垂控制器、频率无差调节器与直流电压控制器结合的控制方法，调节VSG换流器输入机械功率Pm；
步骤2，利用步骤1得到的VSG换流器输入机械功率Pm，通过模拟同步发电机的转动惯量，得到VSG交流系统的角频率w以及电角度θ；
步骤3，通过无功-电压下垂控制器与虚拟励磁调节器结合的控制方法，对VSG输出内电势e进行调节，得到指令电压值E；
步骤4，利用步骤3得到指令电压值E与步骤2得到的VSG交流系统电角度θ，通过坐标变换得到直轴指令电压ed和交轴指令电压eq；利用得到的指令电压ed和eq，经过电气模块得到等效直轴指令电压和等效交轴指令电压进而VSG输出信号。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟同步机的特高压直流输电系统换流站控制系统，其特征在于：所述步骤1中逆变侧采用有功功率控制器、有功-频率下垂控制器与频率无差调节器结合的控制方法的步骤如下：
1.1根据所述基于虚拟同步机的特高压直流输电系统换流站控制系统中的特高压直流输电系统的传输功率参考值Pset以及实际传输功率Pe，确定传输功率偏差值：
ΔPc＝Pset-Pe(1)
式中，ΔPc为传输功率偏差值，Pset为给定有功功率参考值，Pe为特高压直流输电系统实际输出功率；
1.2根据逆变侧交流系统角频率的变化，经过模拟同步发电机有功-频率的下垂关系，确定逆变侧频率下垂对应功率以及逆变侧频率无差调节对应功率：
ΔPD1＝Dp(wn-w1)(2)
式中，Hw(s)为逆变侧频率无差调节器的传递函数，w1为逆变侧交流系统角频率，wn为额定角频率，Dp为有功-频率下垂系数，ΔPD1为逆变侧频率下垂对应功率，ΔP1为逆变侧频率无差调节对应功率，当只需要模拟同步发电机的一次调频特性时，逆变侧频率无差调节器退出运行，其值为0；当使用逆变侧频率无差调节器时，ΔP1的值根据频率偏差进行调整；
其中，有功-频率下垂系数与转动惯量的关系为：
Dp＝w1D(4)
式中，D为VSG阻尼参数；
1.3确定逆变侧输入机械功率，并根据特高压直流输电系统换流站逆变侧结构进行逆变侧串联换流器的功率分配：
Pmc1＝ΔPc+ΔPD1+ΔP1(5)
Pm1＝Pmc1/4(6)
式中，Pmc1为逆变侧输入机械功率，Pm1为逆变侧换流器输入机械功率，ΔPc为传输功率偏差值，ΔPD1为逆变侧频率下垂对应功率，ΔP1为逆变侧频率无差调节对应功率。
4.根据权利要求1所述的基于虚拟同步机的特高压直流输电系统换流站控制系统，其特征在于，所述步骤1中整流侧采用有功功率控制器、有功-频率下垂控制器、频率无差调节器与直流电压控制器结合的控制方法的步骤如下：
1.4根据整流侧交流系统实际角频率与额定角频率的偏差值，经过模拟同步发电机有功-频率的下垂关系环节，得到对应功率值ΔPD2：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭小龙，张江飞，袁铁江，王衡，印欣，杨桂兴，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司，大连理工大学，安徽正广电电力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65
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