一种LCC换流站自适应虚拟阻抗控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种LCC换流站自适应虚拟阻抗控制方法及系统，使用高通滤波器作为自适应虚拟阻抗的滤除直流分量环节，根据截止频率得到滤除直流分量环节；确定LCC‑VSC混合直流输电系统中LCC换流站的直流电流参考值；确定LCC换流站控制系统的边界条件以及使用的自适应虚拟阻抗的阻抗函数类型；根据边界条件，阻抗函数类型以LCC换流站的直流电流参考值，确定自适应虚拟阻抗的阻抗函数；根据阻抗函数与滤除直流分量环节确定自适应虚拟阻抗控制的前馈增益；通过控制前馈增益实现LCC‑VSC混合型直流输电系统中LCC侧自适应虚拟阻抗控制。本发明专利技术有效提升了系统的小信号稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种LCC换流站自适应虚拟阻抗控制方法及系统
本专利技术属于直流输电
，具体涉及一种LCC换流站自适应虚拟阻抗控制方法及系统。
技术介绍
基于电力电子器件的直流输电技术可以实现新能源稳定并网，且在构建直流电网方向具有研究价值，可实现大规模新能源并网与大容量远距离输电。传统的LCC-HVDC(LineCommutedConverterHighVoltageDirectCurrent)技术具有输送容量大的优势，但存在换相失败的问题，且不能对无源网络供电；基于全控型器件的VSC-HVDC(VoltageSourceConverterHighVoltageDirectCurrent)技术能够解耦控制有功无功，且可以对弱交流电网供电，也不存在换相失败的问题。为了结合LCC与VSC的各自优势，研究界提出了混合直流输电系统的概念，其具有更广泛的应用前景。随着如今投运的直流工程电压等级上升与输送容量的增大，直流输电在稳态工作点的稳定性逐渐受到学者的关注。首先，直流系统在稳态工作点附近的稳定特性表明了系统的抗干扰能力，决定了其能否稳定运行；其次，通过阻抗分析，可以为设备选型与控制系统的设计与优化改进提供参考依据。直流输电系统的正常运行主要取决于换流站的控制系统。实际直流输电系统工程的控制通常采用的是主从控制策略，即一个换流站采用定直流电压控制，其余换流站采用定功率控制。当定功率控制站运行于逆变状态时，该换流站对系统的阻抗作用可以等效为一个负阻抗，且输送功率越大负阻抗特性越强。如果直流系统的其余部分不能提供足够的正阻尼特性，系统将有可能进入小干扰失稳状态。因此增大直流系统的等效电阻可以提高系统直流侧的稳定性。增大等效电阻的方法有①加装实际阻抗，②通过控制算法实现正阻尼作用，即增加虚拟阻抗控制。由于加装实际阻抗会导致系统损耗增加，在工程上不具有实用性，因此现在常用的方法是增加虚拟阻抗控制环节。现存的对于虚拟阻抗控制的研究多为针对VSC换流站的控制系统，而对LCC换流站的虚拟阻抗控制研究仍有空缺。常见的直流系统的定直流电流控制如图1所示，实际直流电流经过一个测量环节后与电流指令值做差，再通过一个PI控制器并与π做差，输出到触发控制系统。LCC侧采用的传统定直流电流控制对PI参数要求较为严格，取值稍大或稍小便会导致系统小干扰失稳，导致对直流系统的仿真研究与后续分析造成了一定的困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种LCC换流站自适应虚拟阻抗控制方法及系统，填补了对LCC的虚拟阻抗控制研究的空缺，并且采用变阻抗系数的设计，保证系统在小信号干扰情况下能够快速响应，迅速回到稳定状态，能够有效改善包含LCC换流站的直流输电系统的稳定性。本专利技术采用以下技术方案：一种LCC换流站自适应虚拟阻抗控制方法，包括以下步骤：S1、根据LCC-VSC混合直流输电系统中LCC换流站控制系统的交流侧工频角频率确定使用的自适应虚拟阻抗的滤除直流分量环节的截止频率ωc，使用高通滤波器作为自适应虚拟阻抗的滤除直流分量环节，根据截止频率ωc得到滤除直流分量环节；S2、确定LCC-VSC混合直流输电系统中LCC换流站控制系统的直流电流参考值；S3、以LCC换流站控制系统在稳态运行时，虚拟阻抗作用最大；LCC换流站控制系统在直流输电系统启动状态时，虚拟阻抗作用最小；LCC换流站控制系统在稳态运行时，虚拟阻抗关于LCC换流站控制系统直流侧电流测量值的导数为0作为边界条件，确定LCC换流站控制系统中使用的自适应虚拟阻抗的阻抗函数类型；S4、根据步骤S3得到的边界条件，阻抗函数类型以及步骤S2得到的LCC换流站的直流电流参考值，确定自适应虚拟阻抗的阻抗函数；S5、根据步骤S4得到的阻抗函数与步骤S1得到的滤除直流分量环节确定自适应虚拟阻抗控制的前馈增益；通过控制前馈增益实现LCC-VSC混合型直流输电系统中LCC侧自适应虚拟阻抗控制。具体的，步骤S1中，滤除直流分量环节的频域为s为频域变量。进一步的，截止频率ωc小于工频角频率。具体的，步骤S2中，直流电流参考值idcref计算如下：其中，PLCCref为LCC换流站的额定功率，Udcref为LCC换流站的直流侧额定电压。具体的，步骤S3中，自适应虚拟阻抗的阻抗函数类型为二次函数型，二次函数类型构造的边界条件具体为：R(idc＝0)＝0，R(idc＝idcref)＝1和R'(idc＝idcref)＝0，idcref为直流电流参考值，idc为直流电流，R为所述自适应虚拟阻抗关于直流电流idc的阻抗函数。具体的，步骤S4中，在直流电流idc等于直流电流参考值idcref时，自适应虚拟阻抗函数R(idc)控制退化为定阻抗系数的虚拟阻抗控制；在偏移稳态时，自适应虚拟阻抗函数R(idc)控制退化为传统定直流电流控制。进一步的，使用二次函数构建阻抗函数R项，确定自适应虚拟阻抗函数R(idc)为：其中，idcref为直流电流参考值，idc为直流电流。具体的，步骤S5中，将自适应虚拟阻抗函数与滤除直流环节的乘积作为直流电流测量值的前馈增益，将前馈增益反馈给LCC换流站控制系统的定直流电流控制环节中，再经过PI控制器得到触发角指令值，输出触发角指令值到各桥臂的晶闸管实现轮流开启。本专利技术的另一技术方案是，一种LCC换流站自适应虚拟阻抗控制系统，包括：频率模块，根据LCC-VSC混合直流输电系统中LCC换流站控制系统的交流侧工频角频率确定使用的自适应虚拟阻抗的滤除直流分量环节的截止频率ωc，使用高通滤波器作为自适应虚拟阻抗的滤除直流分量环节，根据截止频率ωc得到滤除直流分量环节；计算模块，确定LCC-VSC混合直流输电系统中LCC换流站的直流电流参考值；边界模块，以LCC换流站控制系统在稳态运行时，虚拟阻抗作用最大；LCC换流站控制系统在直流输电系统启动状态时，虚拟阻抗作用最小；LCC换流站控制系统在稳态运行时，虚拟阻抗关于LCC直流侧电流测量值的导数为0作为边界条件，确定LCC换流站控制系统中使用的自适应虚拟阻抗的阻抗函数类型；阻抗模块，根据边界模块得到的边界条件，阻抗函数类型以及边界模块得到的LCC换流站的直流电流参考值，确定自适应虚拟阻抗的阻抗函数；控制模块，根据阻抗模块得到的阻抗函数与频率模块得到的滤除直流分量环节确定自适应虚拟阻抗控制的前馈增益；通过控制前馈增益实现LCC-VSC混合型直流输电系统中LCC侧自适应虚拟阻抗控制。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种LCC换流站自适应虚拟阻抗控制方法，在LCC换流站采用了本专利技术主张的自适应虚拟阻抗控制后，由于虚拟阻抗环节可以增加LCC系统的直流侧等效阻抗的正阻尼特性，系统能够在出现干扰后迅速响应并进入新的稳态，缩短了暂态过程，由于定直流电流控制的LCC换流站的控制中只含有一个PI控制环节，LCC的等效直流侧阻抗受PI增益系数影响大。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LCC换流站自适应虚拟阻抗控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、根据LCC-VSC混合直流输电系统中LCC换流站控制系统的交流侧工频角频率确定使用的自适应虚拟阻抗的滤除直流分量环节的截止频率ω

【技术特征摘要】
1.一种LCC换流站自适应虚拟阻抗控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据LCC-VSC混合直流输电系统中LCC换流站控制系统的交流侧工频角频率确定使用的自适应虚拟阻抗的滤除直流分量环节的截止频率ωc，使用高通滤波器作为自适应虚拟阻抗的滤除直流分量环节，根据截止频率ωc得到滤除直流分量环节；
S2、确定LCC-VSC混合直流输电系统中LCC换流站控制系统的直流电流参考值；
S3、以LCC换流站控制系统在稳态运行时，虚拟阻抗作用最大；LCC换流站控制系统在直流输电系统启动状态时，虚拟阻抗作用最小；LCC换流站控制系统在稳态运行时，虚拟阻抗关于LCC换流站控制系统直流侧电流测量值的导数为0作为边界条件，确定LCC换流站控制系统中使用的自适应虚拟阻抗的阻抗函数类型；
S4、根据步骤S3得到的边界条件，阻抗函数类型以及步骤S2得到的LCC换流站的直流电流参考值，确定自适应虚拟阻抗的阻抗函数；
S5、根据步骤S4得到的阻抗函数与步骤S1得到的滤除直流分量环节确定自适应虚拟阻抗控制的前馈增益；通过控制前馈增益实现LCC-VSC混合型直流输电系统中LCC侧自适应虚拟阻抗控制。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，滤除直流分量环节的频域为s为频域变量。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，截止频率ωc小于工频角频率。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，直流电流参考值idcref计算如下：



其中，PLCCref为LCC换流站的额定功率，Udcref为LCC换流站的直流侧额定电压。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，自适应虚拟阻抗的阻抗函数类型为二次函数型，二次函数类型构造的边界条件具体为：R(idc＝0)＝0，R(idc＝idcref)＝1和R'(idc＝idcref)＝0，idcref为直流电流参考值，idc为直流电流，R为所述自适应虚拟阻抗关于直流电流idc的阻抗函数。...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁联辉，胡方恺，康小宁，侯凯，
申请(专利权)人：西安交通大学，国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61