本發(fā)明涉及基于下垂控制的mmc換流器的啟動控制方法和控制系統(tǒng)，屬于mmc換流器的啟動控制
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：電壓源換流器型直流輸電(vsc-hvdc)采用可關(guān)斷電力電子器件，無需借助外部電源可實現(xiàn)換相，具備有功無功獨立控制、向弱電網(wǎng)和無源網(wǎng)絡(luò)供電等傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)不具備的功能。柔性直流輸電技術(shù)拓展了直流輸電的應(yīng)用領(lǐng)域，如圖1所示，為典型的柔性直流輸電系統(tǒng)，除了將其應(yīng)用于傳統(tǒng)電網(wǎng)互聯(lián)，還可應(yīng)用于給孤遠(yuǎn)地區(qū)供電，比如離岸島嶼供電。當(dāng)連接至換流站的交流電網(wǎng)為有源網(wǎng)絡(luò)時，換流站和同步發(fā)電機將并列運行，柔性直流輸電系統(tǒng)將工作于聯(lián)網(wǎng)模式下；當(dāng)連接至換流站的交流電網(wǎng)為無源網(wǎng)絡(luò)時，換流站將單獨工作，柔性直流輸電系統(tǒng)將工作于孤島模式下。柔性直流輸電系統(tǒng)在聯(lián)網(wǎng)模式下和孤島模式下，其控制策略完全不一樣。在聯(lián)網(wǎng)模式下，換流器的控制方式可以是定有功/無功控制，而在孤島模式下，換流器的控制方式將切換至定交流電壓控制上。采用模式切換的孤島-聯(lián)網(wǎng)控制方式目前已在我國的舟山五端柔直工程中得到應(yīng)用。然而該方式的控制系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜，還需對系統(tǒng)的孤島-聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)進行判斷。為此，有學(xué)者提出了無需模式切換的孤島-聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)換控制策略，該控制策略基于下垂控制，能夠平滑的實現(xiàn)系統(tǒng)孤島-聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)換。然而，該控制策略只提出了系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行情況下的孤島聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)換，而未考慮系統(tǒng)在啟動過程中可能存在的沖擊和失穩(wěn)。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供基于下垂控制的mmc換流器的啟動控制方法和控制系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種基于下垂控制的mmc換流器的啟動控制方法，包括以下步驟：(1)對子模塊進行充電，使子模塊電壓達(dá)到額定電壓值；(2)判斷系統(tǒng)是否為有源網(wǎng)絡(luò)；(3)當(dāng)系統(tǒng)為有源網(wǎng)絡(luò)時，計算網(wǎng)側(cè)電壓相位值，并計算設(shè)定的相位值與所述網(wǎng)側(cè)電壓相位值的誤差值；(4)將所述誤差值在解鎖信號的上升沿時刻賦予附加相位積分器，作為該積分器的初始值，根據(jù)解鎖信號的上升沿使能所述附加相位積分器，根據(jù)附加相位積分器計算附加相位值，并將附加相位值與所述設(shè)定的相位值進行疊加生成最終相位值，根據(jù)所述最終相位值控制解鎖換流器，完成啟動。所述設(shè)定的相位值為mmc換流器的控制系統(tǒng)中本地50hz相位生成器所生成的相位值。所述附加相位值還與功率偏差相關(guān)，所述功率偏差為設(shè)定輸出功率值與實際輸出功率值的誤差值。所述附加相位積分器的數(shù)學(xué)計算公式為：θ附＝mod(kf∫(pset-p)dt+θ′，2π)，其中，mod()為取余函數(shù)，θ附為所述附加相位值，pset為設(shè)定輸出功率值，p為實際輸出功率值，θ′為所述誤差值，θ′＝θ01-θg，θ01為設(shè)定的相位值，θg為網(wǎng)側(cè)電壓相位值，kf為系數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)無源網(wǎng)絡(luò)時，直接解鎖啟動換流器。一種基于下垂控制的mmc換流器的啟動控制系統(tǒng)，包括：充電模塊，用于對子模塊進行充電，使子模塊電壓達(dá)到額定電壓值；判斷模塊，用于判斷系統(tǒng)是否為有源網(wǎng)絡(luò)；計算模塊，用于當(dāng)系統(tǒng)為有源網(wǎng)絡(luò)時，計算網(wǎng)側(cè)電壓相位值，并計算設(shè)定的相位值與所述網(wǎng)側(cè)電壓相位值的誤差值；解鎖模塊，用于將所述誤差值在解鎖信號的上升沿時刻賦予附加相位積分器，作為該積分器的初始值，根據(jù)解鎖信號的上升沿使能所述附加相位積分器，根據(jù)附加相位積分器計算附加相位值，并將附加相位值與所述設(shè)定的相位值進行疊加生成最終相位值，根據(jù)所述最終相位值控制解鎖換流器，完成啟動。所述設(shè)定的相位值為mmc換流器的控制系統(tǒng)中本地50hz相位生成器所生成的相位值。所述附加相位積分器的附加相位值還與功率偏差相關(guān)，所述功率偏差為設(shè)定輸出功率值與實際輸出功率值的誤差值。所述附加相位積分器的數(shù)學(xué)計算公式為：θ附＝mod(kf∫(pset-p)dt+θ′，2π)，其中，mod()為取余函數(shù)，θ附為所述附加相位值，pset為設(shè)定輸出功率值，p為實際輸出功率值，θ′為所述誤差值，θ′＝θ01-θg，θ01為設(shè)定的相位值，θg為網(wǎng)側(cè)電壓相位值，kf為系數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)無源網(wǎng)絡(luò)時，直接解鎖啟動換流器。本發(fā)明提供的啟動控制方法中，首先，對子模塊進行充電，使子模塊電壓達(dá)到額定電壓值；當(dāng)系統(tǒng)為有源網(wǎng)絡(luò)時，計算網(wǎng)側(cè)電壓相位值，并計算設(shè)定的相位值與網(wǎng)側(cè)電壓相位值的誤差值；將該誤差值在解鎖信號的上升沿時刻賦予附加相位積分器作為初始值，根據(jù)解鎖信號的上升沿觸發(fā)信號使能附加相位積分器，并計算附加相位值，解鎖換流器，完成啟動。該啟動控制方法適用于柔直無切換孤島-聯(lián)網(wǎng)控制策略，在啟動時利用相位補償?shù)姆绞綄ο辔贿M行補償，通過主動補償?shù)姆绞绞瓜辔粷M足要求，進而能夠使換流器平滑的進入穩(wěn)態(tài)，實現(xiàn)換流器的平滑啟動，降低啟動過程中產(chǎn)生的沖擊；避免了換流器進入dp/dδ＜0的不穩(wěn)定區(qū)而引起系統(tǒng)振蕩，抗擾動能力強；啟動過程中不會出現(xiàn)過電壓和橋臂過流的情況發(fā)生，避免觸發(fā)系統(tǒng)保護，使得換流器能夠快速穩(wěn)態(tài)運行。附圖說明圖1是典型的柔性直流輸電系統(tǒng)示意圖；圖2是換流器的啟動控制方法流程示意圖；圖3是50hz相位生成環(huán)節(jié)的輸出相位示意圖；圖4是解鎖信號的上升沿觸發(fā)信號示意圖；圖5是啟動控制方法中的相位計算原理示意圖；圖6是補償后滿功率階躍啟動的網(wǎng)側(cè)有功功率波形圖；圖7是補償后滿功率階躍啟動的直流電流波形圖；圖8-a是未補償滿功率階躍啟動的網(wǎng)側(cè)有功無功功率波形圖；圖8-b是圖8-a中的有功功率波形圖；圖8-c是圖8-a中的無功功率波形圖；圖9是未補償滿功率階躍啟動的直流電流波形圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的說明。啟動控制方法實施例如圖2所示，為本發(fā)明提供的基于下垂控制的mmc換流器的啟動控制方法的流程示意圖，具體包括以下步驟：(1)對mmc換流器中的子模塊進行充電，使子模塊電壓達(dá)到額定電壓值；(2)判斷系統(tǒng)是否為有源網(wǎng)絡(luò)，如果為有源網(wǎng)絡(luò)，繼續(xù)進行啟動控制；如果是無源網(wǎng)絡(luò)，直接解鎖啟動mmc換流器；(3)如果系統(tǒng)是有源網(wǎng)絡(luò)，那么，計算網(wǎng)側(cè)電壓相位值，記為θg，本實施例中，通過對換流器網(wǎng)側(cè)電壓進行鎖相來得到網(wǎng)側(cè)電壓相位值，當(dāng)然，網(wǎng)側(cè)電壓相位值的計算并不局限于上述方式。設(shè)定一個相位值，在本實施例中，該設(shè)定的相位值是由mmc換流器的控制系統(tǒng)本地50hz相位生成器所生成的相位值，記為θ01，如圖3所示，相位值θ01可以采用以下計算表達(dá)式進行表達(dá)：θ01＝mod(2πft，2π)其中，f為調(diào)制波參考頻率，θ01的取值范圍為[0，2π]。然后，計算θ01與θg的誤差值，本實施例中，計算的誤差值為差值δθ，計算公式為δθ＝θ01-θg。另外，當(dāng)輸入有源信號時，輸出計算得到的δθ，當(dāng)輸入無源信號時，就不會輸出δθ，而是輸出0。(4)由于當(dāng)有解鎖信號時就代表解鎖時刻到來，根據(jù)解鎖前后的控制信號的變化能夠得到解鎖信號的上升沿，將該上升沿稱為解鎖信號的上升沿觸發(fā)信號，那么，解鎖時刻就是解鎖信號的上升沿到來時刻，如圖4所示。因此，在解鎖時刻將差值δθ賦予附加相位積分器，作為附加相位積分器的初始值θ′；另外，如果差值δθ是一個變量，那么，該θ′為差值δθ在解鎖時刻，即解鎖信號的上升沿時刻的數(shù)值，并在解鎖時刻將θ′賦予附加相位積分器，作為附加相位積分器的初始值，計算公式為：θ′＝δθ|t解鎖時刻。(5)根據(jù)解鎖信號的上升沿觸發(fā)信號使能附加相位積分器，根據(jù)附加相位積分器的初始值θ′，以及附加相位積分器中的數(shù)學(xué)計算公式計算得到一個附加相位值，本實施例中，該附加相位值除了與上述初始值θ′相關(guān)外，還與功率偏差相關(guān)，功率偏差為設(shè)定輸出功率值與實際輸出功率值的誤差值。那么，本實施例給出該附加相位值的計算公式，即附加相位積分器的數(shù)學(xué)計算公式，如下所示：θ附＝mod(kf∫(pset-p)dt+θ′，2π)，其中，mod()為取余函數(shù)，θ附為附加相位值，pset為設(shè)定輸出功率值，p為實際輸出功率值，θ′為初始值，θ′＝θ01-θg，θ01為設(shè)定的相位值，θg為網(wǎng)側(cè)電壓相位值，kf為系數(shù)。(6)將附加相位值θ附與設(shè)定的相位值θ01進行疊加生成最終相位值θ，如圖5所示，根據(jù)該最終相位值θ控制解鎖換流器，具體為：根據(jù)最終相位值θ經(jīng)過相應(yīng)的解耦變換之后生成相關(guān)調(diào)制波，然后根據(jù)調(diào)制波生成換流器中換流閥的觸發(fā)信號，完成啟動，由于這一部分屬于現(xiàn)有技術(shù)，這里就不再具體說明。結(jié)合上述具體技術(shù)方案，以下給出一個應(yīng)用實例。假設(shè)系統(tǒng)基本參數(shù)如表1所示。表1參數(shù)項設(shè)計值換流閥額定容量/mw100直流電壓/kv±200閥側(cè)額定電壓/kv208.2網(wǎng)側(cè)電壓額定值/kv115有功負(fù)荷/mw60無功負(fù)荷/mvar15由于子模塊充電過程不屬于本發(fā)明的保護重點，因此這里默認(rèn)子模塊電壓已達(dá)到額定。假設(shè)系統(tǒng)啟動時為有源狀態(tài)，因此需要進行相位補償。在系統(tǒng)解鎖運行前，50hz相位生成器和網(wǎng)側(cè)電壓之間的相位差值為-31°。根據(jù)解鎖后的運行要求，計算在解鎖時刻的相位誤差值，為31°，以該相位誤差值作為附加相位積分器的初值，根據(jù)解鎖信號的上升沿觸發(fā)信號使能附加相位積分器，結(jié)合設(shè)定輸出功率值與實際輸出功率值(這一部分不再具體說明)計算得到附加相位值θ附，然后完成系統(tǒng)解鎖運行，啟動后系統(tǒng)可以平滑的進入穩(wěn)態(tài)，不會出現(xiàn)過壓過流，如圖6和圖7所示。當(dāng)未進行相位補償，解鎖運行時位差值為165°時，系統(tǒng)將會出現(xiàn)極大的振蕩，不易進入穩(wěn)態(tài)，此時橋臂將會出現(xiàn)極大的過電流，直流側(cè)出現(xiàn)過電流，閥側(cè)網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)過電壓，如圖8-a、圖8-b、圖8-c和圖9所示。因此，通過對比可以看出，采用相位補償?shù)姆绞娇梢云交膶崿F(xiàn)啟動，降低對系統(tǒng)沖擊，避免保護誤動作。啟動控制系統(tǒng)實施例本實施例中，基于下垂控制的mmc換流器的啟動控制系統(tǒng)，包括：充電模塊，用于對子模塊進行充電，使子模塊電壓達(dá)到額定電壓值；判斷模塊，用于判斷系統(tǒng)是否為有源網(wǎng)絡(luò)；計算模塊，用于當(dāng)系統(tǒng)為有源網(wǎng)絡(luò)時，對換流器網(wǎng)側(cè)電壓進行鎖相，得到網(wǎng)側(cè)電壓相位值，并計算設(shè)定的相位值與網(wǎng)側(cè)電壓相位值的誤差值；解鎖模塊，用于將誤差值在解鎖信號的上升沿時刻賦予附加相位積分器，作為該積分器的初始值，根據(jù)解鎖信號的上升沿使能附加相位積分器，根據(jù)附加相位積分器計算附加相位值，并將附加相位值與設(shè)定的相位值進行疊加生成最終相位值，根據(jù)最終相位值控制解鎖換流器，完成啟動。上述各個模塊為軟件模塊，通過相應(yīng)地功能作用來限定各軟件模塊，所以，各軟件模塊的保護范圍為對應(yīng)的功能作用，即該控制系統(tǒng)本質(zhì)上仍舊是對應(yīng)的控制方法，由于上述方法實施例中已對該方法做出了詳細(xì)地描述，本實施例就不再具體說明。以上給出了具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12