一种具备限压限流和振荡抑制能力的柔性直流换流站电压单环控制方法技术

本发明专利技术公布了一种具备限压限流和振荡抑制能力的柔性直流换流站电压单环控制方法，包括获取输入量u

【技术实现步骤摘要】
一种具备限压限流和振荡抑制能力的柔性直流换流站电压单环控制方法


[0001]本专利技术涉及基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电(high voltage direct current,HVDC)系统供电孤岛交流网络的限压限流和谐振振荡抑制应用领域，包括柔性直流输电换流站接入孤岛光伏场站、孤岛陆地或偏远地区风电场站、海上风电场站等没有传统电源支撑的交流电网，具体涉及一种具备限压限流和谐振振荡抑制能力的柔性直流换流站电压单环控制方法。

技术介绍

[0002]大力发展风电和光伏等新能源已经成为势不可挡的趋势。这些规模化的新能源基地位于偏远地区且往往远离负荷中心，尤其是海上风电应用场合，没有传统同步交流电源提供电压支撑，呈现孤岛性质，采用何种方案将其有效可靠并网送出是学术工业界研究的重点。基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术以其自身具备电压支撑能力的特性成为当前一种可供选择的先进方案，并在国内外多个工程应用，例如在我国的张北新能源基地和如东海上风电场应用。
[0003]孤岛新能源场站经柔性直流输电系统并网送出时，系统运行初期柔性直流换流站为孤岛交流线路空载加压是不可少的运行环节，存在开环和闭环两种控制模式。前者适用于启动初期空载加压和功率输送较小的场合，后者适用于功率较大且需要提升抗干扰能力的场合。鉴于该系统是典型的电力电子化系统，存在不同频率段的谐振振荡风险，同时也可能出现短路故障等情况，例如张北直流电网和如东风电场发生了几Hz到几千Hz不等的宽频振荡现象，如何有效抑制谐振振荡是系统可靠运行的前提。尽管换流站在开环控制下不会发生谐振振荡，但是从抗干扰能力，尤其是短路故障电流抑制能力方面来看，开环控制并不适用于大功率或长时间运行。发生短路故障导致过电流风险较大。然而，闭环控制尽管具有较好的抗干扰能力，但是容易因装备链路延时产生中高频振荡现象。综上，如何有效在提升换流站短路故障电流限制等抗干扰能力的基础上，抑制系统谐振振荡成为当前研究的热点。
[0004]当前绝大部分文献在柔性直流换流站供电孤岛交流系统方面所采用的控制方式是电压电流双闭环形式，大部分都以谐振稳定性及其抑制方案研究为主。尽管双闭环也可以实现限压限流控制，但是电流限幅值一般在1.1～1.2倍额定值，发生三相短路故障之后，为保护半导体功率器件过热损害，不能长时间运行。另一方面，几乎所有研究均是考虑新能源场站与柔性直流输电系统已经成功连接的应用场景，在交流线路空载加压方面所做的研究工作非常欠缺，尤其是换流站如何同时应对短路故障限压限流和谐振稳定性等方面的研究还未开展。
[0005]基于以上叙述，针对新能源场站经柔性直流输电系统并网送出应用场景，本专利技术专利提出了一种具备故障限压限流和谐振振荡抑制能力的柔性直流换流站电压单环控制架构，给出了控制方案的参数选择方法，无需闭锁环路站，且能在交流系统发生短路故障的
情况下，将故障电流限制在0.2倍额定值以下，正常运行时还具备谐振振荡抑制能力。

技术实现思路

[0006]本专利技术专利所提出的具备限压限流和振荡抑制能力的柔性直流换流站电压单环控制方法，其中
技术实现思路
的保护点如下：
[0007]S1.获取柔性直流换流站交流侧的三相电压和三相电流数据；
[0008]S2.获取电压电流输入量u
sd
和u
sq
与i
sd
和i
sq
；
[0009]S3.将步骤S2得到的d轴电压和q轴电压经低通滤波器之后，与参考电压U
*s
进行加减，将产生的误差值送至带有限幅的交流电压控制器G
uac
，输出交流电压控制值；
[0010]S4.将步骤S3得到的交流电压控制器输出值与瞬时交流电压经前馈算法之后产生的补偿量进行叠加，实现限压限流交流电压前馈补偿算法；
[0011]S5.将步骤S4得到的叠加电压与瞬时电流馈至补偿器产生的补偿电压进行叠加并送至阀控系统，实现谐振抑制交流电流前馈补偿算法；
[0012]S6.对步骤S5中交流电流前馈补偿器参数进行设计，分为了低频补偿、中频补偿和高频补偿，实现谐振抑制交流电流前馈补偿器参数解析与设计。
[0013]步骤S2所述的获取电压电流输入量u
sd
和u
sq
与i
sd
和i
sq
，具体为采集柔性直流换流站交流侧的三相电压u
sabc
(t)和三相电流i
sabc
(t)，在换流站自身给定的dq坐标系上通过Park变换，计算得到d轴电压u
sd
(t)、q轴电压u
sq
(t)、d轴电流i
sd
(t)、q轴电流i
sq
(t)。
[0014]步骤S3所述的将步骤S2得到的d轴电压和q轴电压经低通滤波器之后，与参考电压进行加减，将产生的误差值送至带有限幅的交流电压控制器G
uac
，然后输出交流电压控制值，具体为将步骤S2得到的d轴电压u
sd
和q轴电压u
sq
经低通滤波器之后与参考电压U
*s
进行加减，先设置交流电压控制器输出限幅值U
sd_lim
和U
sq_lim
，再将产生的误差值送至电压控制器G
uac
，然后将电压控制器的输出值与限幅值U
sd_lim
和U
sq_lim
进行对比，如果d轴(q轴)电压控制器的输出值在
±
U
sd_lim
(或
±
U
sq_lim
)内，则直接输出，否则就输出限幅值。该步骤主要用于在正常情况下稳定交流电压输出。
[0015]步骤S4所述的将步骤S3得到的交流电压控制器输出值与瞬时交流电压经前馈算法之后产生的补偿量进行叠加，实现限压限流交流电压前馈补偿算法，具体为将步骤S3得到的交流电压输出值U
guacd
、U
guacq
与瞬时交流电压经前馈算法之后产生的补偿量U
vfwd
、U
vfwq
进行叠加，其中前馈补偿输算法应具有前馈交流电压直流分量的能力，其实现方法包括但不限于低通滤波器、阶梯波前馈、滑动平均值前馈等。该步骤主要用于在交流系统发生故障之后，前馈瞬时交流电压用于降低短路故障电流。
[0016]步骤S5所述的将步骤S4得到的叠加电压与瞬时电流馈至补偿器产生补偿电压进行叠加并送至阀控系统，实现谐振抑制交流电流前馈补偿算法，具体为将步骤S4得到的叠加电压与将电流前馈至补偿器产生补偿电压进行叠加，叠加之后送至阀控系统。当交流系统发生短路故障之后，d轴电压严重降低必然导致d轴交流电压控制器输出限幅，再考虑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备限压限流和振荡抑制能力的柔性直流换流站电压单环控制方法，包括如下步骤：S1.获取柔性直流换流站交流侧的三相电压和三相电流数据；S2.获取电压电流输入量u
sd
和u
sq
与i
sd
和i
sq
；S3.将步骤S2得到的d轴电压和q轴电压经低通滤波器之后，与参考电压U
*s
进行加减，将产生的误差值送至带有限幅的交流电压控制器G
uac
，输出交流电压控制值；S4.将步骤S3得到的交流电压控制器输出值与瞬时交流电压经前馈算法之后产生的补偿量进行叠加，实现限压限流交流电压前馈补偿算法；S5.将步骤S4得到的叠加电压与瞬时电流馈至补偿器产生的补偿电压进行叠加并送至阀控系统，实现谐振抑制交流电流前馈补偿算法；S6.对步骤S5中交流电流前馈补偿器参数进行设计，分为了低频补偿、中频补偿和高频补偿，实现谐振抑制交流电流前馈补偿器参数解析与设计。2.根据权利要求1所述的具备限压限流和振荡抑制能力的柔性直流换流站电压单环控制方法，其特征在于步骤S2所述的获取电压电流输入量u
sd
和u
sq
与i
sd
和i
sq
，具体为采集柔性直流换流站交流侧的三相电压u
sabc
(t)和三相电流i
sabc
(t)，在换流站自身给定的dq坐标系上通过Park变换，计算得到d轴电压u
sd
(t)、q轴电压u
sq
(t)、d轴电流i
sd
(t)、q轴电流i
sq
(t)。3.根据权利要求2所述的具备限压限流和振荡抑制能力的柔性直流换流站电压单环控制方法，其特征在于步骤S3所述的将步骤S2得到的d轴电压和q轴电压经低通滤波器之后，与参考电压进行加减，将产生的误差值送至带有限幅的交流电压控制器G
uac
，然后输出交流电压控制值，具体为将步骤S2得到的d轴电压u
sd
和q轴电压u
sq
经低通滤波器之后与参考电压U
*s
进行加减，先设置交流电压控制器输出限幅值U
sd_lim
和U
sq_lim
，再将产生的误差值送至电压控制器G
uac
，然后将电压控制器的输出值与限幅值U
sd_lim
和U
sq_lim
进行对比，如果d轴(q轴)电压控制器的输出值在
±
U
sd_lim
(或
±
U
sq_lim
)内，则直接输出，否则就输出限幅值。该步骤主要用于在正常情况下稳定交流电压输出。4.根据权利要求3所述的具备限压限流和振荡抑制能力的柔性直流换流站电压单环控制方法，其特征在于步骤S4所述的将步骤S3得到的交流电压控制器输出值与瞬时交流电压经前馈算法之后产生的补偿量进行叠加，实现限压限流交流电压前馈补偿算法，具体为将步骤S3得到的交流电压输出值U
guacd
、U
guacq
与瞬时交流电压经前馈算法之后产生的补偿量U
vfwd
、U
vfwq
进行叠加，其中前馈补偿输算法应具有前馈交流电压直流分量的能力，其实现方法包括但不限于低通滤波器、阶梯波前馈、滑动平均值前馈等。该步骤主要用于在交流系统发生故障之后，前馈瞬时交流电压用于降低短路故障电流。5.根据权利要求4所述的具备限压限流和振荡抑制能力的柔性直流换流站电压单环控制方法，其特征在于步骤S5所述的将步骤S4得到的叠加电压与瞬时电流馈至补偿器产生的补偿电压进行叠加并送至阀控系统，实现谐振抑制交流电流前馈补偿算法，具体为将步骤S4得到的叠加电压与将电流前馈至补偿器产生补偿电压进行叠加，叠加之后送至阀控系统。当交流系统发...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云丰，赵文广，许杰锋，文涛，周家培，寇龙泽，宾子君，李鹏，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院有限公司国网江苏省电力有限公司电力科学研究院国网江苏省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：