一種本地直流電壓反饋的多端柔性直流輸電系統(tǒng)解耦控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多端柔性直流輸電控制技術(shù)，特別涉及一種本地直流電壓反饋的多端 柔性直流輸電系統(tǒng)解耦控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 與兩端柔性直流輸電系統(tǒng)不同，多端柔性直流輸電系統(tǒng)（Voltage Source Converter based Multi-Terminal Direct Current，VSC_MTDC)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜且運(yùn)行方式 更為多樣，系統(tǒng)內(nèi)各換流站之間以及換流站內(nèi)部均存在復(fù)雜的耦合作用。這種耦合作用使 得換流站之間互為干擾，系統(tǒng)內(nèi)任一換流站的擾動，如風(fēng)電等新能源發(fā)電功率的頻繁波動、 無源網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的周期性變化、局部交流系統(tǒng)的故障以及換流站的停運(yùn)等，均會導(dǎo)致系統(tǒng)有 功潮流及直流電壓的波動，并進(jìn)一步引起互聯(lián)其他換流站及交流系統(tǒng)的擾動。這種耦合作 用的存在會導(dǎo)致系統(tǒng)動態(tài)性能及穩(wěn)定性的惡化，尤其對無源網(wǎng)絡(luò)、新能源發(fā)電及弱交流系 統(tǒng)等對公共連接點(diǎn)電壓穩(wěn)定性有較高要求的換流站運(yùn)行極為不利。目前國內(nèi)外尚無文獻(xiàn)對 該問題進(jìn)行過研究，且現(xiàn)有VSC-MTDC控制策略方面的研究，無論主從控制、電壓裕度控制， 還是電壓下垂控制，在換流站控制器設(shè)計(jì)時(shí)，均未考慮這種交互作用的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是抑制多端柔性直流輸電系統(tǒng)中各電壓源換流站之間 耦合作用，削弱各電壓源換流站之間的相互干擾，保證各電壓源換流站及所連交流系統(tǒng)獨(dú) 立穩(wěn)定運(yùn)行。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種本地直流電壓反饋的多 端柔性直流輸電系統(tǒng)解耦控制方法，所述解耦控制方法是在多端柔性直流輸電系統(tǒng)所涉及 電壓源換流站控制器中引入其自身直流側(cè)電壓U d負(fù)反饋，通過將所述系統(tǒng)中任意一個(gè)電壓 源換流站i的直流電壓Udl的負(fù)反饋分別疊加到所述任意一個(gè)電壓源換流站i的換流閥PWM調(diào) 制信號的d軸分量和q軸分量中，對所述多端柔性直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行解耦控制。
[0005] 優(yōu)選的，所述直流電壓Udi的負(fù)反饋增益為Kdi和Kqi，所述Kdi和Kqi的整定公式為 κ, =^Wrfo(lo/^200%) < * ( i )，式中S為載波幅值，u-和iwo分別為所述電壓源換流站 Kqi =-^^(1^200%) 交流側(cè)電壓Ud的d軸分量穩(wěn)態(tài)值和q軸分量穩(wěn)態(tài)值，Udi〇為所述電壓源換流站直流側(cè)電壓的 穩(wěn)態(tài)值。
[0006] 優(yōu)選的，對所述多端柔性直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行解耦控制包括對所述多端柔性直流輸 電系統(tǒng)中與有源網(wǎng)絡(luò)連接且采用有功無功控制的電壓源換流站和與無源網(wǎng)絡(luò)或風(fēng)電場連 接且采用交流電壓控制的電壓源換流站的控制。
[0007] 優(yōu)選的，對所述多端柔性直流輸電系統(tǒng)中與有源網(wǎng)絡(luò)連接且采用有功無功控制的 電壓源換流站的控制包括以下具體步驟：
[0008] ①采用電壓互感器和電流互感器測量所述有源網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的交流電壓US1和交流 電流isl，并基于鎖相環(huán)得到所述交流電壓u sl同步相位；
[0009] ②根據(jù)步驟①所得到的所述交流電壓US1同步相位進(jìn)行派克變換得到所述交流電 壓usi的d軸分量u sdi和q軸分量uSqi以及所述交流電流isi的d分量isdi和q分量isqi;
[0010] ③根據(jù)步驟②所得到的所述交流電壓usl和交流電流isl的d軸分量和q軸分量，計(jì) 算得到交流電網(wǎng)向所述電壓源換流站注入的有功功率P及無功功率Q;
[0011] ④將有功功率指令值P*與所述有功功率P進(jìn)行比較并經(jīng)比例積分控制器消除靜態(tài) 誤差，從而得到有功電流參考值isdl*，將無功功率指令值Q*與所述無功功率Q進(jìn)行比較并經(jīng) 比例積分控制器得到無功電流參考值i sql*;
[0012]⑤將所述有功電流參考值isdi*與所述交流電流d軸分量isdi進(jìn)行比較并經(jīng)比例積 分控制器后取負(fù)，再與所述交流電流q軸分量isql和直流電壓Udl的負(fù)反饋以及所述交流電壓 d軸分量usdi正反饋疊加，其中，isqi的反饋增益為工頻角速度ω與聯(lián)結(jié)電抗器電感L之積，Udi 的負(fù)反饋增益Kdi，usdi正反饋增益為1，從而得到PWM調(diào)制信號d軸分量；
[0013] ⑥將所述無功電流參考值isqi*與所述交流電流q軸分量isqi進(jìn)行比較并經(jīng)比例積 分控制器后取負(fù)，再與所述交流電流d軸分量i sdl和交流電壓usql正反饋以及所述直流電壓 Udi負(fù)反饋疊加，其中，isdi的反饋增益為工頻角速度ω與聯(lián)結(jié)電抗器電感L之積，Udi的負(fù)反 饋增益Kqi，uSqi正反饋增益為1，從而得到PWM調(diào)制信號q軸分量；
[0014] ⑦將所述PWM調(diào)制信號d軸分量和q軸分量經(jīng)派克反變換并與所述三角載波進(jìn)行比 較，得到所述與有源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)且采用有功無功控制的電壓源換流站換流閥的開關(guān)控制信 號。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)選的，對所述多端柔性直流輸電系統(tǒng)中與無源網(wǎng)絡(luò)或風(fēng)電場連接且采用 交流電壓控制的電壓源換流站的控制包括以下具體步驟：
[0016] ①采用電壓互感器和電流互感器測量所述無源網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的交流電壓usl和交流 電流isl，并基于鎖相環(huán)得到電網(wǎng)同步相位；
[0017] ②根據(jù)步驟①所得同步相位進(jìn)行派克變換得到所述無源網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)交流電壓Usl 的d軸分量usdi和q軸分量uSqi以及所述無源網(wǎng)絡(luò)交流電流isi的d軸分量i sdi和q軸分量isqi; [0018]③將所述交流電壓d軸分量usdi與所述交流電壓usi指令值d軸分量u sdi*進(jìn)行比較并 經(jīng)比例積分控制器消除其靜態(tài)誤差;然后將所述比例積分控制器輸出量與所述交流電流q 軸分量isqi和所述直流側(cè)電壓Ud的負(fù)反饋疊加，其中，所述q軸分量isqi的負(fù)反饋增益為工頻 角速度ω與聯(lián)結(jié)電抗器電感L之積ω L，由所述整定公式（1)計(jì)算出所述直流側(cè)電壓1^的負(fù) 反饋增益Kdl，從而得到PWM調(diào)制信號d軸分量；
[0019]④將所述交流電壓(^軸分量Usqi與所述交流電壓指令值的q分量Usqi*進(jìn)行比較并經(jīng) 比例積分控制器消除其靜態(tài)誤差;再與所述交流電流d軸分量isdjP所述直流電壓Udl的負(fù)反 饋疊加，其中，所述d軸分量isdi的負(fù)反饋增益為工頻角速度ω與聯(lián)結(jié)電抗器電感L之積COL， 由所述整定公式（1)計(jì)算出所述直流側(cè)電壓U dl的負(fù)反饋增益Kql，從而得到PWM調(diào)制信號q軸 分量；
[0020]⑤將所述PWM調(diào)制信號d軸分量和q軸分量經(jīng)派克反變換并與所述三角載波進(jìn)行比 較，得到所述與無源網(wǎng)絡(luò)或風(fēng)電場連接的電壓源換流站換流閥的開關(guān)控制信號。
[0021] 本發(fā)明工作原理：與交流系統(tǒng)的電壓頻率類似，直流電壓是直流系統(tǒng)功率潮流以 及運(yùn)行狀態(tài)的重要特征量，多端柔性直流輸電系統(tǒng)發(fā)生任何擾動，如互聯(lián)的某一交流系統(tǒng) 短路故障、風(fēng)電功率的波動、無源網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的周期性變化、系統(tǒng)潮流調(diào)整等，均會直接引起 直流系統(tǒng)潮流以及直流電壓的波動，并經(jīng)由各電壓源換流站對互聯(lián)的其他交流電網(wǎng)產(chǎn)生影 響，因此將電壓源換流站直流側(cè)電壓引入各站級控制器中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動，各站級控制器 即可通過直流電壓的變化檢測到擾動信號，通過配置合理的直流電壓負(fù)反饋增益，控制器 即可迅速針對擾動調(diào)節(jié)PWM調(diào)制信號，從而保證各電壓源換流站及所連交流系統(tǒng)不受其他 換流站的影響，實(shí)現(xiàn)換流站之間的解耦。
[0022] 本發(fā)明的有益效果:相比現(xiàn)有控制方式，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單易行，僅需增加各電壓源 換流站直流電壓的測量和負(fù)反饋，以及反饋增益的整定，即可抑制多端柔性直流輸電系統(tǒng) 中各電壓源換流站之間耦合作用，削弱各電壓源換流站之間的相互干擾，保證各電壓源換 流站及所連交流系統(tǒng)獨(dú)立穩(wěn)定運(yùn)行；大大提高各電壓源換流站所連交流電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定 性，起到電網(wǎng)防火墻的作用。
【附圖說明】
[0023] 圖1為含交流大電網(wǎng)互聯(lián)、無源網(wǎng)絡(luò)供電及風(fēng)電場并網(wǎng)的多端柔性直流輸電系統(tǒng) 拓?fù)鋱D；
[0024] 其中1-交流大電網(wǎng)，2-換流變壓器，3-濾波器，4-聯(lián)結(jié)電抗器，is-換流站交流電 流，u。-換流站交流側(cè)電壓，5-電壓源換流