基于交直流配电系统交互作用的控制方法、装置、设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电力系统控制领域，尤其涉及一种基于交直流配电系统交互作用的控制方法、装置、设备。该方法包括：基于预设的分解算法对预设的主换流站的控制框图进行分解，基于分解后的控制框图建立计及系统交互作用交互模型；确定不同参数对双端交直流配电系统稳定性的影响参数，基于影响参数对交互模型进行降阶；基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定分数阶PI

【技术实现步骤摘要】
基于交直流配电系统交互作用的控制方法、装置、设备


[0001]本专利技术涉及电力系统控制领域，尤其涉及一种基于交直流配电系统交互作用的控制方法、装置、设备。

技术介绍

[0002]随着可再生能源的进一步开发利用，交直流配电系统也得到了大量的研究和快速的发展。由于具备结构简单、控制灵活、适应性强等优势，电压源型变流器常作为连接交流侧和直流侧的互联接口被广泛应用于各种交直流混合供电系统中。交直流配电系统借助其灵活的多端互联拓扑和多个电压源换流器之间的协调控制，可以实现潮流转移和负荷平衡，提高局部供电能力和可靠性；因此，它已成为配电网络中的重要结构。
[0003]交直流配电系统具有弱阻尼和低惯性等特点，因为系统运行依赖于许多电力电子变换器的协调控制，而不是传统的同步发电机。在这种低惯性特性下，由于VSC的端口阻抗特性会受到控制参数和系统参数的影响，因此当交直流配电系统中各变流器端口阻抗特性不匹配时，系统在小扰动后激发系统某种谐振模式，产生功率振荡，进而到导致系统失稳。
[0004]研究表明，基于电力电子装置的交直流混合供电系统的失稳现象与系统中存在的阻抗交互作用及负阻尼有关。交直流混合供电系统在不同变流器端口阻抗之间、变流器端口阻抗与线路阻抗之间、以及变流器端口阻抗与电网阻抗之间均可能存在阻抗特性不匹配现象，即交直流混合供电系统在直流侧和交流侧均存在稳定性问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：目前对于主从控制下的多端交直流配电系统，一般将负荷和采用定有功功率控制的从换流站统一视为恒功率负荷，忽略了从换流站控制系统对系统稳定性的影响。针对这一问题，首先对主换流站的控制框图进行分解，在直流反馈部分引入从换流站模型，建立计及系统间交互作用的交直流配电系统模型；之后对比等效模型和交互模型在分析双端交直流配电系统在稳定性方面的差异；之后分析交直流配电系统存在的谐振尖峰和电压振荡现象，讨论不同参数对系统稳定性的影响，之后在实现模型降阶的基础上，提出基于输出功率的阻尼补偿措施，在维持系统特性几乎不变的情况下，抑制谐振尖峰的幅值，增大稳定裕度。
[0006]为解决上述的技术问题，第一方面，提供了一种基于交直流配电系统交互作用的控制方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，基于预设的分解算法对预设的主换流站的控制框图进行分解，基于分解后的控制框图建立计及系统交互作用交互模型；
[0008]步骤2，确定采用恒功率模型的等效模型和计及系统交互作用的交互模型在分析系统稳定性方面的差异数据；
[0009]步骤3，基于差异数据确定不同参数对双端交直流配电系统稳定性的影响参数，基于所述影响参数对交互模型进行降阶；
[0010]步骤4，基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定分数阶PI
λ
控制器进行补偿；
[0011]步骤5，采用预设的差分进化算法对分数阶PI
λ
控制器的参数进行调整，基于调整参数后的分数阶PI
λ
控制器对双端交直流配电系统进行控制。
[0012]在第一方面的一些实现方式中，步骤1中所述的主换流站的传递函数模型为：
[0013][0014]式中，K1为换流器VSC1的比例系数，Kceg1为换流器VSC1的等效增益；kip1和kii1分别为VSC1电流内环PI调节器的比例、积分系数；kpp1和kpi1分别为VSC1电压外环PI调节器的比例、积分系数，Rc1和Lc1分别为换流器VSC1交流侧线路电阻和电感；Gdc为直流反馈部分的传递函数；s为拉普拉斯算子。
[0015]其中：
[0016][0017][0018]式中，C1为换流器VSC1的直流侧电容，Pdc为直流负荷功率。
[0019]当考虑系统交互作用的影响时，主换流站的直流反馈部分传递函数的由Gdc变为Gdc
’
，即直流系统的传递函数由原来的直流电容和等效负荷两部分变成了直流电容、等效负荷和VSC2等效传递函数三部分组成，因此考虑从站控制系统的直流系统传递函数为：
[0020][0021]其中：
[0022][0023][0024]式中，Gvsc2为换流器VSC2的传递函数；usd2和Isd2分别为VSC2交流侧d轴电压和电流；Gi2＝kip2+kii2/s，为VSC2电流内环PI控制器；Gp2＝kpp2+kpi2/s，为VSC2电压外环PI控制器；Yg2＝1/(Rg2+sLg2)为VSC2交流母线导纳；Zg2＝Rc2+sLc2，为VSC1交流侧线路阻抗，Udc为直流母线电压，idc为VSC2输出的直流电流。
[0025]在第一方面的一些实现方式中，由步骤2中对比Gvsc1和Gvsc1
’
可知，其主要差别
为直流部分的等效传递函数发生改变。由于引入了VSC2控制部分，系统阶数增加，复杂程度更高。对比等效模型和交互模型的bode图和零极点分布图可知，当考虑从站控制系统的影响时，VSC直流端口阻抗于中频段范围内存在一个谐振尖峰，在谐振频段内VSC直流端口阻抗的幅值增大，谐振点处的相位出现了180
°
的跳变，当相角差>180
°
时，系统将不满足阻抗比稳定判据而失稳。其原因在于当VSC2连接到DC网络后，其阻抗特性与DC网络之间、主换流站之间存在相互作用。即使当DC母线电压恒定时，这种相互作用行为仍会削弱DC网络阻尼，并且从站传输功率的增加可能会导致相位裕度为0
°
或小于0
°
。
[0026]在第一方面的一些实现方式中，步骤3中选取谐振尖峰所在的中频段进行分析，通过求取各参数在谐振尖峰处的增益灵敏度和频率灵敏度，灵敏度计算公式为：
[0027][0028]式中，M为系统传递函数的幅值，x为所求参数，w为系统角频率，w0为谐振频率。
[0029]根据灵敏度分析可知：
[0030](1)谐振尖峰幅值与各换流站额定功率、各换流站外环控制参数、主换流站内环控制等参数呈正相关，与从换流站内环控制参数、各换流站交流侧电感、直流侧电容等参数呈负相关。
[0031](2)谐振尖峰频率与主换流站内外环控制参数呈正相关，与主换流站交流侧电感、直流侧电容等参数呈负相关，与换流站额定功率、从换流站控制参数、从换流站交流侧电感等参数关系不大。
[0032]在灵敏度分析的基础上，考虑控制环节的时间尺度，实现模型的降阶。降阶后的系统传递函数为：
[0033][0034]其中：
[0035][0036][0037]通过对比降阶前后传递函数的bode图可知，二者在所关心的中高频段保持了良好的相似性，可用于分析系统的谐振尖峰和电压高频振荡问题。
[0038]在第一方面的一些实现方式中，步骤4中针对双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡现象，设计分数阶PIλ控制器进行补偿，在维持系统特性几乎不变的情况下，抑制谐振尖峰的幅值，增大稳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于交直流配电系统交互作用的控制方法，其特征在于，所述方法包括：基于预设的分解算法对预设的主换流站的控制框图进行分解，基于分解后的控制框图建立计及系统交互作用交互模型；确定采用恒功率模型的等效模型和计及系统交互作用的交互模型在分析系统稳定性方面的差异数据；基于所述差异数据确定不同参数对双端交直流配电系统稳定性的影响参数，并根据所述影响参数对交互模型进行降阶；基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定分数阶PI
λ
控制器进行补偿；采用预设的差分进化算法对分数阶PI
λ
控制器的参数进行调整，基于调整参数后的分数阶PI
λ
控制器对双端交直流配电系统进行控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主换流站的控制框图中传递函数模型满足公式(1)：在公式(1)中，K1为换流器VSC1的比例系数，K
ceg1
为换流器VSC1的等效增益；k
ip1
和k
ii1
分别为VSC1电流内环PI调节器的比例、积分系数；k
pp1
和k
pi1
分别为VSC1电压外环PI调节器的比例、积分系数，R
c1
和L
c1
分别为换流器VSC1交流侧线路电阻和电感；G
dc
为直流反馈部分的传递函数；s为拉普拉斯算子。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定采用恒功率模型的等效模型和计及系统交互作用的交互模型在分析系统稳定性方面的差异，包括：当考虑从站控制系统的影响时，VSC直流端口阻抗于中频段范围内存在一个谐振尖峰，在谐振频段内VSC直流端口阻抗的幅值增大，谐振点处的相位出现180
°
的跳变，当相角差>180
°
时，确定计及系统交互作用交互模型不满足阻抗比稳定判据而失稳。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，降价后交互模型的系统传递函数满足公式(2)：在公式(2)中，在公式(2)中，5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定的分数阶PI
λ
控制器的传递函数满足公式(3)：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用预设的差分进化算法对分数阶PI
λ
控制器的参数进行调整，包括：假设需要调节的参数有D个，则处于第g代的参数向量可用x
i,g
表示为公式(4)：x
i,g
＝(x
j,i,g
),j＝0,1,...,D
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)将种群规模设定为NP，处于第g代的种群矩阵可用P
x,g
表示为公式(5)：P
x,g
＝(x
i,g
),i＝0,1,...,NP
‑
1,g＝0,1,...,g
max

【专利技术属性】
技术研发人员：冯德品，陈涛，陈玉，赵中华，李洁，姬帅，李中凯，沈涛，崔波，韩宗耀，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司临沂供电公司，
类型：发明
国别省市：