一种基于联合附加阻尼控制的高频谐振抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于联合附加阻尼控制的高频谐振抑制方法，所提抑制方法首先基于谐波线性化方法建立了考虑系统延时的柔直并网系统等效阻抗简化模型。其次，分析了等效电抗、系统控制延时、低通滤波器截止频率、电流内环PI参数对MMC等效阻抗的影响，基于影响因素分析，针对柔直并网系统的高频谐振现象，考虑系统控制延时，设计了一种采用电压滤波法与等效电流采样滤波法相结合的联合附加阻尼控制器。最后，将联合附加阻尼控制器加入柔直并网系统中，实现对系统高频振荡的抑制。实现对系统高频振荡的抑制。实现对系统高频振荡的抑制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于联合附加阻尼控制的高频谐振抑制方法


[0001]本专利技术涉及电力系统控制
，特别是一种基于联合附加阻尼控制的高频谐振抑制方法。

技术介绍

[0002]柔性直流输电技术是一种新型的输电技术，具有多项优势，例如可以独立控制有功和无功功率、提供电力支撑给弱电网和无源负载、具有较低的谐波水平以及避免了换相失败等问题，因此在高压直流输电和新能源并网等领域得到广泛应用。然而，MMC也面临着一些挑战，其中较为严重的是高频振荡问题。由于MMC与交流系统侧等值阻抗在某些特定频率上存在谐振点，可能引起交直流系统的谐振。此外，MMC的多时间尺度动态特性进一步增加了交直流系统谐振的风险。高频振荡对系统的稳定性和安全性产生不良影响，严重时可能导致系统失控。近年来，国内外多个柔性直流工程曾在调试或运行过程中出现了高频谐波谐振，例如2017年鲁西背靠背直流工程出现1270Hz左右的高频谐波谐振。
[0003]现阶段，高频谐振抑制方法通常包括有源滤波法和无源阻尼法两类。当前的无源阻尼控制策略分为两种，一种是在桥臂电抗器上并联无源支路，另一种是在PCC节点并联无源装置。这些策略利用构建高频信号通道，并在通道上串联电阻以增加阻尼，以实现对MMC
‑
HVDC高频谐振的抑制。但该方法不适用于已经投入运行的工程，并且成本较高。有源滤波法主要是在电流内环附加阻尼控制器，但现有的附加阻尼控制策略仅考虑通过电压或电流反馈调节参考电压的方式，抑制振荡的能力有限。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于联合附加阻尼控制的高频谐振抑制方法，提高对高频谐振的抑制效果。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于联合附加阻尼控制的高频谐振抑制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：基于柔直并网系统MMC换流站的阻抗解析表达式，分析等效电抗、系统控制延时、低通滤波器截止频率、电流内环PI参数对MMC换流站阻抗的影响；
[0007]步骤2：利用阻抗分析法计算分析附加二阶阻尼控制器、附加带阻滤波器对MMC负阻尼特性的削弱效果，据此衡量各滤波器对系统高频谐振抑制的性能；
[0008]步骤3：考虑系统的控制延时，将输出电流和前馈电压控制器的输入信号，提出基于电压滤波法与等效电流采样滤波法的柔直并网系统高频谐振的联合附加阻尼控制器；
[0009]步骤4：基于步骤1及步骤2的MMC换流站的阻抗特性影响因素分析结论，确定联合附加阻尼控制器参数的选择；将得到的联合附加阻尼控制器加入柔直并网系统中从而实现系统高频振荡抑制。
[0010]在一较佳的实施例中，柔直并网MMC的阻抗模型需要包含MMC简化控制环节和延时环节，即：
[0011][0012]其中：R
eq
为线路上等效电阻，L
eq
为换流变和MMC等效电感，其数值上等于MMC桥臂电抗器L
arm
的1/2与联接变压器漏感L
t
之和；G
Td
为系统控制延时环节传递函数，G
i
为电流内环传递函数，为电压前馈传递函数,为内环电流参考值，U
pcc
‑
dq
为并网点电压dq轴分量，i
dq
为输出电流dq轴分量。
[0013]在一较佳的实施例中，步骤2利用阻抗分析法分析附加二阶阻尼控制器、附加带阻滤波器对MMC阻抗特性的影响，其具体为通过计算分析二阶阻尼控制器增益k
s
、高通滤波器带宽f
HPF
、低通滤波器带宽f
LPF
、带阻滤波器阻尼系数对MMC阻抗特性的影响，并分析MMC阻抗特性曲线与交流系统阻抗特性曲线交点的变化趋势，据此衡量各参数对系统稳定性的影响程度；
[0014]在G1和G2处分别设置不同类型的阻尼控制器，对比分析对高频谐振抑制效果，选择出抑制效果更优的阻尼控制器；
[0015]附加联合阻尼控制的MMC阻抗：
[0016][0017]二阶阻尼控制器增益：
[0018][0019]带阻滤波器增益：
[0020][0021]其中，增益k
s
、f
HPF
、f
LPF
分别为高通、低通滤波器的带宽频率，ξ为带阻滤波器的阻尼系数，中心频率f0为带阻滤波器的上下截止频率之和的一半，即f0＝(f1+f2)/2；f1为上截止频率，f2为下截止频率；
[0022]将前馈电压瞬时值和输出电流瞬时值通过高频振荡阻尼控制器G1和G2共同与参考电流叠加，再经过电流内环调节添加到参考电压中，实现联合附加阻尼控制。
[0023]在一较佳的实施例中，步骤3所提出的联合附加阻尼控制器的表达式如下式所示；
[0024][0025]k
s
、f
HPF
、f
LPF
分别为增益、高通、低通滤波器的带宽频率，控制器的输入量采用输出电流和前馈电压，通过联合阻尼控制器反馈到电压前馈环节，控制器的设计考虑系统的控制延时T
d
，对系统出现的高频谐振现象具有更强的抑制效果。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]控制器的输入量采用了输出电流和前馈电压，通过联合阻尼控制器反馈到电压前馈环节，控制器的设计考虑了系统的控制延时Td，对系统出现的高频谐振现象具有更强的抑制效果。
附图说明
[0028]图1为本专利技术优选实施例的柔直并网系统结构图；
[0029]图2为本专利技术优选实施例的并网MMC简化控制框图；
[0030]图3为本专利技术优选实施例的联合附加阻尼控制下并网MMC简化控制框图；
[0031]图4为本专利技术优选实施例的交流系统等效模型；
[0032]图5为本专利技术优选实施例的不同等效电感下MMC阻抗特性；
[0033]图6为本专利技术优选实施例的不同系统控制延时下MMC阻抗特性；
[0034]图7为本专利技术优选实施例的不同等效电感下MMC阻抗特性；
[0035]图8为本专利技术优选实施例的不同电流内环PI参数下MMC阻抗特性；
[0036]图9为本专利技术优选实施例的电压滤波法下并网MMC简化控制框图；
[0037]图10为本专利技术优选实施例的不同二阶阻尼控制器增益下的MMC阻抗特性；
[0038]图11为本专利技术优选实施例的不同滤波器带宽下的MMC阻抗特性；
[0039]图12为本专利技术优选实施例的不同阻尼系数下的MMC阻抗特性；
[0040]图13为本专利技术优选实施例的二阶阻尼控制器对MMC阻抗特性的影响；
[0041]图14为本专利技术优选实施例的带阻滤波器对MMC阻抗特性的影响；
[0042]图15为本专利技术优选实施例的未加入联合阻尼控制电压电流图；
[0043]图16为本专利技术优选实施例的加入电压滤波控制电压电流图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于联合附加阻尼控制的高频谐振抑制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：基于柔直并网系统MMC换流站的阻抗解析表达式，分析等效电抗、系统控制延时、低通滤波器截止频率、电流内环PI参数对MMC换流站阻抗的影响；步骤2：利用阻抗分析法计算分析附加二阶阻尼控制器、附加带阻滤波器对MMC负阻尼特性的削弱效果，据此衡量各滤波器对系统高频谐振抑制的性能；步骤3：考虑系统的控制延时，将输出电流和前馈电压控制器的输入信号，提出基于电压滤波法与等效电流采样滤波法的柔直并网系统高频谐振的联合附加阻尼控制器；步骤4：基于步骤1及步骤2的MMC换流站的阻抗特性影响因素分析结论，确定联合附加阻尼控制器参数的选择；将得到的联合附加阻尼控制器加入柔直并网系统中从而实现系统高频振荡抑制。2.根据权利要求1所述的一种基于联合附加阻尼控制的高频谐振抑制方法，其特征在于，柔直并网MMC的阻抗模型需要包含MMC简化控制环节和延时环节，即：其中：R
eq
为线路上等效电阻，L
eq
为换流变和MMC等效电感，其数值上等于MMC桥臂电抗器L
arm
的1/2与联接变压器漏感L
t
之和；G
Td
为系统控制延时环节传递函数，G
i
为电流内环传递函数，为电压前馈传递函数,为内环电流参考值，U
pcc
‑
dq
为并网点电压dq轴分量，i
dq
为输出电流dq轴分量。3.根据权利要求1所述的一种基于联合附加阻尼控制的高频谐振抑制方法，其特征在于，步骤2利用阻抗分析法分析附...

【专利技术属性】
技术研发人员：晁武杰，邓超平，黄均纬，戴立宇，王金柯，王渝红，谭子鹏，程杨帆，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司四川大学，
类型：发明
国别省市：