面向探测式保护的MMC注入策略优化及性能评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向探测式保护的MMC注入策略优化及性能评估方法及系统，建立MMC直流系统控制部分的数学模型；基于数学模型，结合拓扑结构，推导MMC直流系统响应部分的数学模型；基于建立的MMC直流系统数学模型，推导注入探测信号时的传递函数；基于传递函数进行注入策略性能优化；基于注入精度和交流侧电流畸变率对优化后的注入策略进行定量化评价；本发明专利技术优化后的注入策略具备更高的探测信号注入精度和对电网更小的负面影响。精度和对电网更小的负面影响。精度和对电网更小的负面影响。

【技术实现步骤摘要】
面向探测式保护的MMC注入策略优化及性能评估方法及系统


[0001]本专利技术属于直流电网的控制与保护
，具体涉及一种面向探测式保护的MMC注入策略优化及性能评估方法及系统。

技术介绍

[0002]电力电子设备的广泛应用，导致电力系统的形态由传统的以铁磁元件为主导的同步机系统逐渐转变为以电力半导体元件为主导的电力电子化电力系统，进而深刻改变了电网的故障特征，使其呈现出强非线性、低惯性和弱馈性的特点。可靠、灵敏的继电保护原理对保障电力电子化电力系统的安全运行至关重要。
[0003]主动探测式保护技术(或称为主动注入式保护技术、控制与保护协同技术)，基于预置的附加控制策略，在电网发生扰动时首先向电网注入探测信号，而后基于电网对探测信号的响应情况识别故障。主动探测式保护可提高故障识别的灵敏度和可靠性，是电力电子化电力系统中一种行之有效的继电保护方案。
[0004]主动探测式保护技术主要包括注入策略的设计和基于注入信号后的算法设计两个关键步骤，其中注入策略的设计工作是后续研究的基础。然而，现有关于主动探测式保护的研究主要集中在基于信号注入后的故障识别算法设计方面，对注入策略的研究仅基于特定研究场景而开展，缺乏对注入过程中控制
‑
响应特性的系统性研究，以及缺乏对附加注入策略理论合理性的论证。以上问题导致了主动探测式保护技术在工程实用化的过程中受到来自可靠性和理论合理性的质疑，限制了主动探测式保护技术的进一步发展。

技术实现思路

[0005]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，提供一种面向探测式保护的MMC注入策略优化及性能评估方法及系统，用于解决现有研究中难以对探测信号注入策略性能进行理论分析和定量评估的技术问题。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]面向探测式保护的MMC注入策略优化及性能评估方法，包括以下步骤：
[0008]S1、建立MMC直流系统控制部分的数学模型；
[0009]S2、基于步骤S1得到的数学模型，结合拓扑结构，推导MMC直流系统响应部分的数学模型；
[0010]S3、基于步骤S1和步骤S2建立的MMC直流系统数学模型，推导注入探测信号时的传递函数；
[0011]S4、基于步骤S3得到的传递函数进行注入策略性能优化；
[0012]S5、基于注入精度和交流侧电流畸变率对步骤S4优化后的注入策略进行定量化评价。
[0013]具体的，步骤S1中，MMC直流系统控制部分的数学模型具体如下：
[0014][0015][0016][0017][0018][0019]其中，K
P1
，K
P2
，K
I1
，K
I2
，K
P3
，K
P4
，K
I3
和K
I4
分别是对应PI控制器的比例系数和积分系数，u
ga
，u
gb
和u
gc
是折算到换流变阀侧的交流电网电压，L
g
是换流变等值电感，u
va
，u
vb
，u
vc
和i
va
，i
vb
，i
vc
分别是换流变阀侧的三相电压和电流，i
pa
，i
pb
，i
pc
，和i
na
，i
nb
，i
nc
分别是MMC三相上下桥臂的电流；R
s
反映阀损耗的等效电阻，L
s
是MMC桥臂电感；u
dc
和i
dc
分别是直流母线电压和电流，EC是对端系统的等效电路；C
s
是MMC的子模块电容，u
C
是子模块电容的平均电压，U
*dc
,P
*g
和Q
*g
分别是直流母线电压、交流有功功率和交流无功功率控制目标的参考值，u
dc
，p
g
,和q
g
分别是它们对应的测量值，i
*vdq
是内环电流控制环节的参考值，i
vdq
是交流阀侧电流经过派克变换后的值，u
gdq
是交流阀侧电压经过派克变换后的值，u
*difdq
是差模电压参考值，L
ac
是前馈环节的等值电感。
[0020]具体的，步骤S2中，MMC直流系统响应部分的数学模型具体如下：
[0021]定有功功率控制的测量值p
g
(s)为：
[0022]p
g
(s)＝U
gd
i
vd
(s)
[0023]定无功功率控制的测量值q
g
(s)为：
[0024]q
g
(s)＝
‑
U
gd
i
vq
(s)
[0025]复频域函数U
gd
i
vd
(s)如下：
[0026][0027]其中，C
s
为MMC的子模块电容，为子模块电容额定电压，s为拉普拉斯算子，u
sm
为一个桥臂的子模块电压之和，R为外电路的等效电阻，为直流母线额定电压，u
dc
为直流母线的实际电压。
[0028]具体的，步骤S3中，传递函数H
low
(s)为：
[0029][0030]其中，G1(s)为外环功率控制器的传递项，G2(s)为内环电流控制器的传递项，G
m
(s)
为测量环节的传递项，G
s
(s)为反映桥臂电感和阀等效损耗电阻的分压效应的传递项，G
c
(s)为系统外电路动态响应函数中的一部分，G
p
(s)为根据能量平衡获取的桥臂电压和d轴电流的传递项。
[0031]具体的，步骤S4中，在功率控制器的输出环节增加对应注入频率/频带的特征频率带阻滤波器；在设置注入信号幅值时乘衰减项G
c
(s)的倒数项系数，最终使得对应频率下的传递函数幅值接近1。
[0032]进一步的，优化后的注入策略的控制
‑
响应传递函数表达式为：
[0033][0034]其中，G2(s)为内环电流控制器的传递项，G
m
(s)为测量环节的传递项，G
s
(s)为反映桥臂电感和阀等效损耗电阻的分压效应的传递项，G
f
(s)为三阶特征频率/频带陷波器的传递函数，G
p
(s)为根据能量平衡获取的桥臂电压和d轴电流的传递项，G
c
(s)为系统外电路动态响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向探测式保护的MMC注入策略优化及性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立MMC直流系统控制部分的数学模型；S2、基于步骤S1得到的数学模型，结合拓扑结构，推导MMC直流系统响应部分的数学模型；S3、基于步骤S1和步骤S2建立的MMC直流系统数学模型，推导注入探测信号时的传递函数；S4、基于步骤S3得到的传递函数进行注入策略性能优化；S5、基于注入精度和交流侧电流畸变率对步骤S4优化后的注入策略进行定量化评价。2.根据权利要求1所述的面向探测式保护的MMC注入策略优化及性能评估方法，其特征在于，步骤S1中，MMC直流系统控制部分的数学模型具体如下：MMC直流系统控制部分的数学模型具体如下：MMC直流系统控制部分的数学模型具体如下：MMC直流系统控制部分的数学模型具体如下：MMC直流系统控制部分的数学模型具体如下：其中，K
P1
，K
P2
，K
I1
，K
I2
，K
P3
，K
P4
，K
I3
和K
I4
分别是对应PI控制器的比例系数和积分系数，u
ga
，u
gb
和u
gc
是折算到换流变阀侧的交流电网电压，L
g
是换流变等值电感，u
va
，u
vb
，u
vc
和i
va
，i
vb
，i
vc
分别是换流变阀侧的三相电压和电流，i
pa
，i
pb
，i
pc
，和i
na
，i
nb
，i
nc
分别是MMC三相上下桥臂的电流；R
s
反映阀损耗的等效电阻，L
s
是MMC桥臂电感；u
dc
和i
dc
分别是直流母线电压和电流，EC是对端系统的等效电路；C
s
是MMC的子模块电容，u
C
是子模块电容的平均电压，U
*dc
,P
*g
和Q
*g
分别是直流母线电压、交流有功功率和交流无功功率控制目标的参考值，u
dc
，p
g
,和q
g
分别是它们对应的测量值，i
*vdq
是内环电流控制环节的参考值，i
vdq
是交流阀侧电流经过派克变换后的值，u
gdq
是交流阀侧电压经过派克变换后的值，u
*difdq
是差模电压参考值，L
ac
是前馈环节的等值电感。3.根据权利要求1所述的面向探测式保护的MMC注入策略优化及性能评估方法，其特征在于，步骤S2中，MMC直流系统响应部分的数学模型具体如下：定有功功率控制的测量值p
g
(s)为：p
g
(s)＝U
gd
i
vd
(s)定无功功率控制的测量值q
g
(s)为：q
g
(s)＝
‑
U
gd
i
vq
(s)
复频域...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋国兵，徐瑞东，常仲学，杨佳怡，常鹏，常娜娜，关宏，杨心刚，刘琦，杜洋，周德生，孙沛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：