【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统直流输配电领域，具体涉及一种基于fcs-mpc的柔性直流电网优化限流保护方法。
技术介绍
1、基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter，mmc)的柔性直流电网被广泛认为是实现大规模可再生能源并网的有效手段，但大量架空线的使用导致短路故障发生的概率增加，并且由于直流电网的弱阻尼特性，直流故障电流会在几毫秒内激增到额定值的数倍，对直流断路器的开断性能提出了很高的要求，会极大地增加系统建设的成本。
2、在柔性直流电网的发生直流短路故障时，如何有效限制直流故障电流的上升率是降低断路器开断电流峰值的关键。目前限流措施主要包括两个方面：一是基于设备层面，通过附加额外的限流装置来抑制故障电流的发展，比如限流电抗器或超导限流器等，但此类方案将大幅增加投资成本，同时过大的限流电抗器会影响系统故障检测的准确度；二是基于控制层面，依靠mmc自身的控制能力，通过在控制回路中映射虚拟阻抗来抑制故障电流，即减小故障后mmc的输出直流电压实现主动限流，但同时会引起mmc桥臂和交流侧的过流，具有一定的局限性；而目前从优化控制器角度来抑制故障演变进程的方法几乎没有，考虑到mmc需要实现多个目标控制，同时有限控制集模型预测控制(finite control set modelpredictive control，fcs-mpc)作为一种适用于多输入多输出的非线性控制系统，相较于传统的比例积分(proportional integral，pi)控制器，具有鲁棒性好、动态响应出色和灵活协调多个目
技术实现思路
1、针对现有技术的不足与存在的问题，本专利技术提出了一种基于fcs-mpc的柔性直流电网优化限流保护方法，其特征在于：该方法通过将mmc控制系统中传统的pi双闭环解耦控制结构替换为内环为一种可用于柔性直流电网应用场合的fcs-mpc控制结构，可以在一定程度上抑制直流故障电流的上升率；并且可以抑制由主动限流控制引起的桥臂与交流侧的过流；最后通过扩大fcs-mpc的寻优范围与设置动态限幅环节防止出现故障恢复阶段的过流问题，有利于提高电网的直流故障穿越能力；具体包括以下步骤：
2、步骤1：首先将mmc控制系统中的pi双闭环解耦控制结构替换为内环为一种可用于柔性直流电网应用场合的fcs-mpc控制结构，外环仍为定直流电压控制或定有功/无功功率控制；
3、步骤2：当柔性直流电网发生直流短路故障时，主动限流控制将对桥臂电压进行调整，使得mmc的直流电压降低进而抑制直流故障电流上升率；
4、步骤3：故障切除后，主动限流控制退出，系统故障恢复限流控制策略投入，电流参考值被限制在额定值的0.95到1.05倍；同时扩大fcs-mpc的寻优范围，减小交流电流波动幅度；
5、步骤4：系统达到新的稳态时，故障恢复限流控制策略退出，避免非故障状态下的投入进而影响系统正常运行状态的切换；
6、具体的，在步骤1中，一种可用于柔性直流电网应用场合的fcs-mpc算法包括三个阶段；第一阶段为交流侧电流控制，通过履历包含上一时刻上桥臂与下桥臂导通子模块数组合以及相邻的四个组合，选出使得交流侧电流控制价值函数最小的上桥臂与下桥臂的导通子模块数；第二阶段为环流抑制，在第一阶段的基础上，给上桥臂和下桥臂同时投入和切除α个子模块或只给上桥臂和或下桥臂投入和切除α个子模块来抑制环流，其中α＝0，1，2；第三阶段为优化交流侧电流控制，在第二阶段的基础上，选出最终使得交流侧电流控制价值函数最小的上桥臂与下桥臂的导通子模块数。
7、具体地，在步骤2中，主动限流控制对桥臂电压的调整方法为：在参与调制的桥臂参考电压中乘以限流因子km来实时调整桥臂参考电压的大小，限流因子km由直流电流实测值idc与给定值idc0计算得到，具体计算公式如下：
8、
9、其中，kd为电流偏差系数；在主动限流控制的作用下，故障期间mmc直流电压变为原来的km倍。
10、具体地，在步骤3中，在第一阶段的交流侧电流控制中，将寻优范围扩大至包含上一时刻上桥臂与下桥臂的导通子模块数组合在内的相邻n/4个组合，再进行后续两轮寻优选出最终导通子模块数。
11、总体而言，本专利技术通过以上4个步骤能够取得以下有益效果：
12、1.本专利技术从优化控制器角度来抑制故障发展的进程，利用fcs-mpc优化了电流内环控制结构，使得系统具有良好的电流响应特性，对故障电流的升高具有一定的抑制作用；
13、2.本专利技术可以结合已有的一些利用降低mmc直流电压来限制直流电流上升率的方法，可以抑制由此类主动限流方法造成的桥臂过流与交流侧过流，起到更好的限流保护效果；
14、3.本专利技术可以防止故障恢复阶段因交流电流波动大导致触发交流侧保护，保证系统运行状态的平稳恢复，提高了直流电网的故障穿越能力。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于FCS-MPC的柔性直流电网优化限流保护方法，其特征在于：该方法通过将MMC控制系统中传统的PI双闭环解耦控制结构替换为内环为一种可用于柔性直流电网应用场合的FCS-MPC控制结构，可以在一定程度上抑制直流故障电流的上升率；并且可以抑制由主动限流控制引起的桥臂与交流侧的过流；最后通过扩大FCS-MPC的寻优范围与设置动态限幅环节防止出现故障恢复阶段的过流现象，有利于提高电网的直流故障穿越能力，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，一种可用于柔性直流电网应用场合的FCS-MPC算法包括三个阶段；第一阶段为交流侧电流控制，通过履历包含上一时刻上桥臂与下桥臂导通子模块数组合以及相邻的四个组合，选出使得交流侧电流控制价值函数最小的上桥臂与下桥臂的导通子模块数；第二阶段为环流抑制，在第一阶段的基础上，给上桥臂和下桥臂同时投入和切除α个子模块或只给上桥臂和或下桥臂投入和切除α个子模块来抑制环流，其中α＝0，1，2；第三阶段为优化交流侧电流控制，在第二阶段的基础上，选出最终使得交流侧电流控制价值函数最小的上桥臂与下桥臂的导通子模块数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤3中，扩大FCS-MPC的寻优范围为：在第一阶段的交流侧电流控制中，将寻优范围扩大至包含上一时刻上桥臂与下桥臂的导通子模块数组合在内的相邻N/4个组合，再进行后续两轮寻优选出最终导通子模块数。
...【技术特征摘要】
1.一种基于fcs-mpc的柔性直流电网优化限流保护方法，其特征在于：该方法通过将mmc控制系统中传统的pi双闭环解耦控制结构替换为内环为一种可用于柔性直流电网应用场合的fcs-mpc控制结构，可以在一定程度上抑制直流故障电流的上升率；并且可以抑制由主动限流控制引起的桥臂与交流侧的过流；最后通过扩大fcs-mpc的寻优范围与设置动态限幅环节防止出现故障恢复阶段的过流现象，有利于提高电网的直流故障穿越能力，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，一种可用于柔性直流电网应用场合的fcs-mpc算法包括三个阶段；第一阶段为交流侧电流控制，通过履历包含上一时刻上桥臂与下桥臂导通子模...
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