降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略。柔性直流輸電換流閥是模塊化多電平電壓源型換流閥。通過(guò)環(huán)流控制策略，在換流閥基波電流及直流分量基礎(chǔ)上疊加二倍頻環(huán)流分量，此二倍頻環(huán)流分量是由環(huán)流控制策略生成的幅值和相角分別可控的環(huán)流分量或根據(jù)需要不使能環(huán)流控制時(shí)引入的自然環(huán)流，可降低換流閥電流峰值，尤其是降低交流側(cè)故障后橋臂電流峰值，使其不超過(guò)橋臂過(guò)流保護(hù)限值，提高柔性直流輸電系統(tǒng)交流故障穿越能力。本發(fā)明原理簡(jiǎn)單、思路清晰，易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說(shuō)明】降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于柔性直流輸電系統(tǒng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種柔性直流輸電系統(tǒng)中 可降低閥電流峰值的環(huán)流控制策略。

【背景技術(shù)】
[0002] 柔性直流輸電系統(tǒng)指的是基于電壓源換流器（Volatge Source Converter, VSC) 的高壓直流輸電系統(tǒng)（HVDC)，具有可同時(shí)獨(dú)立調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率、不存在換相失敗 問(wèn)題、可向無(wú)源系統(tǒng)供電、諧波水平低等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于風(fēng)電并網(wǎng)、孤島供電、異步聯(lián)網(wǎng)等 領(lǐng)域，是高壓直流輸電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。
[0003] 隨著柔性直流工程向超高電壓，超大功率發(fā)展，閥組能力發(fā)揮到接近極限。交流側(cè) 電壓跌落時(shí)，會(huì)引起換流閥過(guò)流，因此，可能會(huì)觸發(fā)保護(hù)，使換流器閉鎖甚至跳閘，降低了柔 性直流輸電系統(tǒng)的供電可靠性。目前，主要依靠換流閥電流控制來(lái)抑制故障電流的上升，但 由于采樣延時(shí)、控制器計(jì)算和通訊的延時(shí)，出現(xiàn)故障的瞬間，橋臂電流峰值的過(guò)流還是會(huì)導(dǎo) 致保護(hù)電路動(dòng)作。
[0004] 為提高柔性直流輸電系統(tǒng)交流低電壓故障的穿越能力，本發(fā)明提出了一種降低柔 性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，通過(guò)環(huán)流控制策略降低換流閥的電流峰值， 尤其是降低交流側(cè)故障后橋臂電流的峰值，使其不超過(guò)橋臂過(guò)流保護(hù)限值，提高柔性直流 輸電系統(tǒng)穿越交流低電壓故障的能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種全新的降低柔性直流輸電換流閥的環(huán)流控制策略，以提 高柔性直流輸電系統(tǒng)交流低電壓故障的穿越能力。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的方案是：
[0007] -種降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，所述柔性直流輸電換流 閥是模塊化多電平電壓源型換流閥，所述環(huán)流控制策略，是在換流閥基波電流及直流分量 基礎(chǔ)上疊加二倍頻環(huán)流分量，此二倍頻環(huán)流分量是由環(huán)流控制策略生成的幅值和相角分別 可控的環(huán)流分量或根據(jù)需要不使能環(huán)流控制時(shí)引入的自然環(huán)流，可降低換流閥電流峰值， 尤其是降低交流側(cè)故障后橋臂電流峰值，使其不超過(guò)橋臂過(guò)流保護(hù)限值，提高柔性直流輸 電系統(tǒng)交流故障穿越能力。
[0008] 所述幅值和相角分別可控的環(huán)流控制策略由環(huán)流外環(huán)控制和環(huán)流內(nèi)環(huán)控制兩部 分組成。
[0009] 所述環(huán)流外環(huán)控制是由柔性直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)有功功率、無(wú)功功率和換流閥目 標(biāo)電流峰值按環(huán)流參考值算法計(jì)算得到dq軸環(huán)流參考值。
[0010] 所述環(huán)流內(nèi)環(huán)控制由dq軸環(huán)流參考值得到ABC三相環(huán)流電壓參考值。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0012] (1)本發(fā)明提供的降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，可降低滿 功率和輕度過(guò)載時(shí)的換流閥電流峰值，降低了柔性直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)電壓跌落故障時(shí)的 換流閥電流峰值，以提高柔性直流輸電系統(tǒng)的交流低電壓故障的穿越能力。
[0013] (2)本發(fā)明提供的降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，原理簡(jiǎn)單、 思路清晰，便于實(shí)現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1環(huán)流控制策略原理。
[0015] 圖2環(huán)流可控的柔性直流輸電控制框圖。
[0016] 圖3環(huán)流外環(huán)控制框圖。
[0017] 圖4環(huán)流內(nèi)環(huán)控制框圖。
[0018] 圖5B相下橋臂電流波形。
[0019] 圖6有功功率波形。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021] 本發(fā)明的環(huán)流控制策略原理如圖1所示。圖中曲線1為無(wú)環(huán)流時(shí)換流閥電流，曲 線2和曲線3分別為不使能環(huán)流控制時(shí)的自然環(huán)流和換流閥電流，曲線4和曲線5分別為 通過(guò)控制策略注入的幅值與相角分別可控的環(huán)流和注入可控環(huán)流后的換流閥電流。從圖中 曲線5可以看出通過(guò)環(huán)流控制，降低了換流閥電流峰值，因而可提高柔性直流輸電系統(tǒng)交 流低電壓故障的穿越能力。所述柔性直流輸電換流閥是模塊化多電平電壓源型換流閥，所 述環(huán)流控制策略，是在換流閥基波電流及直流分量基礎(chǔ)上疊加二倍頻環(huán)流分量，此二倍頻 環(huán)流分量是由環(huán)流控制策略生成的幅值和相角分別可控的環(huán)流分量或根據(jù)需要不使能環(huán) 流控制時(shí)引入的自然環(huán)流。疊加二倍頻環(huán)流分量后，可降低換流閥的電流峰值，尤其是降低 交流側(cè)故障后橋臂的電流峰值，使其不超過(guò)橋臂過(guò)流保護(hù)限值，因而可提高柔性直流輸電 系統(tǒng)交流低電壓故障的穿越能力。所述環(huán)流控制策略由環(huán)流外環(huán)控制和環(huán)流內(nèi)環(huán)控制兩部 分組成，實(shí)現(xiàn)環(huán)流的幅值和相角的分別可控，進(jìn)而控制環(huán)流與換流閥基波電流疊加后的換 流閥電流峰值。實(shí)現(xiàn)環(huán)流可控的柔性直流輸電控制如圖2所示，由環(huán)流控制和系統(tǒng)控制兩 部分組成。
[0022] 環(huán)流外環(huán)控制是由柔性直流輸電系統(tǒng)換流閥目標(biāo)電流峰值、交流側(cè)有功功率和無(wú) 功功率經(jīng)幅值計(jì)算和相角計(jì)算分別得到環(huán)流幅值和相角參考值，再經(jīng)坐標(biāo)變換得到dq軸 環(huán)流參考值，環(huán)流外環(huán)控制框圖如圖3所示。
[0023] 環(huán)流內(nèi)環(huán)控制由dq軸環(huán)流參考值得到ABC三相環(huán)流電壓參考值，其框圖如圖4所 示，圖中2 Cocit為鎖相環(huán)節(jié)得到的A相環(huán)流電壓相角，acb/dq、dq/acb分別為三相靜止坐標(biāo) 系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的負(fù)序變換和負(fù)序逆變換，PI為比例積分調(diào)節(jié)器，L tl為橋臂電抗。
[0024] 系統(tǒng)控制由外環(huán)功率控制和內(nèi)環(huán)電流控制組成，外環(huán)功率控制根據(jù)有功功率、無(wú) 功功率參考值生產(chǎn)dq軸電流參考值，經(jīng)內(nèi)環(huán)電流解耦控制得到dq坐標(biāo)系下內(nèi)部電動(dòng)勢(shì)參 考值，再經(jīng)dq/abc坐標(biāo)變換生成三相靜止坐標(biāo)系下內(nèi)部電動(dòng)勢(shì)參考值。
[0025] 最后，環(huán)流控制輸出的ABC三相環(huán)流電壓參考值、柔性直流輸電系統(tǒng)控制輸出的 ABC三相內(nèi)電動(dòng)勢(shì)參考值和直流電壓疊加生成ABC相上、下橋臂參考電壓，經(jīng)調(diào)制算法，生 成各相橋臂中功率模塊的觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)環(huán)流可控的柔性直流輸電換流器控制。
[0026] 下面，詳細(xì)闡述一下本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明與已有柔性直流輸電系統(tǒng)控 制及其環(huán)流控制不同點(diǎn)在于是否使能環(huán)流控制以及使能環(huán)流控制時(shí)環(huán)流目標(biāo)值設(shè)定值是 否為〇,以使能環(huán)流控制時(shí)環(huán)流目標(biāo)值超前換流閥基波電流90°為例，介紹環(huán)流目標(biāo)值的 設(shè)定方法。
[0027] 首先，根據(jù)換流閥目標(biāo)電流峰值計(jì)算環(huán)流幅值參考值。
[0028] 假設(shè)換流閥基波電流：
[0029] I1 = sin ω t (式 I)
[0030] 目標(biāo)環(huán)流：
[0031] i2 = Asin (2 ω t+90。） （式 2)
[0032] 式中，A為目標(biāo)環(huán)流幅值標(biāo)幺值。
[0033] 則注入環(huán)流后，換流閥電流：
[0034] i = ii+i2
[0035] (式 4)
[0036] = sin ω t+Acos2 ω t
[0037] 當(dāng)ω?尹90°時(shí)，環(huán)流閥電流最大值：
[0038] Imax = A+1/8A (式 4)
[0039] 設(shè)環(huán)流閥目標(biāo)電流峰值標(biāo)幺值為M，則令= A+1/8A彡M，可得：
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，所述柔性直流輸電換流閥是模 塊化多電平電壓源型換流閥，其特征在于：通過(guò)環(huán)流控制策略生成或引入一個(gè)二倍頻交流 電流分量，使之與原換流閥電流進(jìn)行疊加，以降低換流閥的電流峰值，尤其是降低交流側(cè)低 電壓故障后的橋臂電流峰值，使其不超過(guò)橋臂過(guò)流保護(hù)限值，提高柔性直流輸電系統(tǒng)交流 故障穿越能力；疊加的電流分量是換流閥基波電流的一個(gè)二倍頻環(huán)流電流分量；此二倍頻 環(huán)流電流分量是由環(huán)流控制策略生成的幅值和相角分別可控的環(huán)流分量或根據(jù)需要不使 能環(huán)流控制時(shí)引入的自然環(huán)流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，其特征 在于：環(huán)流控制策略由環(huán)流外環(huán)控制和環(huán)流內(nèi)環(huán)控制兩部分組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，其特征 在于：所述的環(huán)流外環(huán)控制是由柔性直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)有功功率、無(wú)功功率和換流閥目 標(biāo)電流峰值按環(huán)流參考值算法計(jì)算得到dq軸環(huán)流參考值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，其特征 在于：所述的環(huán)流內(nèi)環(huán)控制由dq軸環(huán)流參考值得到ABC三相環(huán)流電壓參考值。
【文檔編號(hào)】H02J3/36GK104333032SQ201410670899
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】岳偉, 翁海清, 張海濤, 易榮 申請(qǐng)人:北京榮信慧科科技有限公司