CN105529732A - 一种本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法，所述解耦控制方法是在多端柔性直流输电系统所涉及电压源换流站控制器中引入其自身直流侧电压<i>U_d</i>负反馈，通过将所述系统中任意一个电压源换流站<i>i</i>的直流电压<i>U_di</i>的负反馈增益<i>K_di</i>和<i>K_qi</i>分别叠加到所述电压源换流站<i>i</i>的换流阀PWM调制信号的<i>d</i>轴分量和<i>q</i>轴分量中，对所述多端柔性直流输电系统进行解耦控制。本发明仅需增加各电压源换流站直流侧电压测量及反馈，即可大幅削弱各换流站之间的交互作用，抑制换流站之间的相互干扰，保证各换流站交流侧及所连交流系统的独立稳定运行。

Description

一种本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法

技术领域

本发明属于多端柔性直流输电控制技术，特别涉及一种本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法。

背景技术

与两端柔性直流输电系统不同，多端柔性直流输电系统(VoltageSourceConverterbasedMulti-TerminalDirectCurrent，VSC-MTDC)结构更为复杂且运行方式更为多样，系统内各换流站之间以及换流站内部均存在复杂的耦合作用。这种耦合作用使得换流站之间互为干扰，系统内任一换流站的扰动，如风电等新能源发电功率的频繁波动、无源网络负荷的周期性变化、局部交流系统的故障以及换流站的停运等，均会导致系统有功潮流及直流电压的波动，并进一步引起互联其他换流站及交流系统的扰动。这种耦合作用的存在会导致系统动态性能及稳定性的恶化，尤其对无源网络、新能源发电及弱交流系统等对公共连接点电压稳定性有较高要求的换流站运行极为不利。目前国内外尚无文献对该问题进行过研究，且现有VSC-MTDC控制策略方面的研究，无论主从控制、电压裕度控制，还是电压下垂控制，在换流站控制器设计时，均未考虑这种交互作用的影响。

发明内容

本发明所解决的技术问题是抑制多端柔性直流输电系统中各电压源换流站之间耦合作用，削弱各电压源换流站之间的相互干扰，保证各电压源换流站及所连交流系统独立稳定运行。

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：一种本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法，所述解耦控制方法是在多端柔性直流输电系统所涉及电压源换流站控制器中引入其自身直流侧电压U_d负反馈，通过将所述系统中任意一个电压源换流站i的直流电压U_di的负反馈分别叠加到所述任意一个电压源换流站i的换流阀PWM调制信号的d轴分量和q轴分量中，对所述多端柔性直流输电系统进行解耦控制。

优选的，所述直流电压U_di的负反馈增益为K_di和K_qi，所述K_di和K_qi的整定公式为式中S为载波幅值，u_cdi0和u_cqi0分别为所述电压源换流站交流侧电压u_ci的d轴分量稳态值和q轴分量稳态值，U_di0为所述电压源换流站直流侧电压的稳态值。

优选的，对所述多端柔性直流输电系统进行解耦控制包括对所述多端柔性直流输电系统中与有源网络连接且采用有功无功控制的电压源换流站和与无源网络或风电场连接且采用交流电压控制的电压源换流站的控制。

优选的，对所述多端柔性直流输电系统中与有源网络连接且采用有功无功控制的电压源换流站的控制包括以下具体步骤：

①采用电压互感器和电流互感器测量所述有源网络接入点的交流电压u_si和交流电流i_si，并基于锁相环得到所述交流电压u_si同步相位；

②根据步骤①所得到的所述交流电压u_si同步相位进行派克变换得到所述交流电压u_si的d轴分量u_sdi和q轴分量u_sqi以及所述交流电流i_si的d分量i_sdi和q分量i_sqi；

③根据步骤②所得到的所述交流电压u_si和交流电流i_si的d轴分量和q轴分量，计算得到交流电网向所述电压源换流站注入的有功功率P及无功功率Q；

④将有功功率指令值P*与所述有功功率P进行比较并经比例积分控制器消除静态误差，从而得到有功电流参考值i_sdi*，将无功功率指令值Q*与所述无功功率Q进行比较并经比例积分控制器得到无功电流参考值i_sqi*；

⑤将所述有功电流参考值i_sdi*与所述交流电流d轴分量i_sdi进行比较并经比例积分控制器后取负，再与所述交流电流q轴分量i_sqi和直流电压U_di的负反馈以及所述交流电压d轴分量u_sdi正反馈叠加，其中，i_sqi的反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积，U_di的负反馈增益K_di，u_sdi正反馈增益为1，从而得到PWM调制信号d轴分量；

⑥将所述无功电流参考值i_sqi*与所述交流电流q轴分量i_sqi进行比较并经比例积分控制器后取负，再与所述交流电流d轴分量i_sdi和交流电压u_sqi正反馈以及所述直流电压U_di负反馈叠加，其中，i_sdi的反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积，U_di的负反馈增益K_qi，u_sqi正反馈增益为1，从而得到PWM调制信号q轴分量；

⑦将所述PWM调制信号d轴分量和q轴分量经派克反变换并与所述三角载波进行比较，得到所述与有源网络互联且采用有功无功控制的电压源换流站换流阀的开关控制信号。

进一步优选的，对所述多端柔性直流输电系统中与无源网络或风电场连接且采用交流电压控制的电压源换流站的控制包括以下具体步骤：

①采用电压互感器和电流互感器测量所述无源网络接入点的交流电压u_si和交流电流i_si，并基于锁相环得到电网同步相位；

②根据步骤①所得同步相位进行派克变换得到所述无源网络接入点交流电压u_si的d轴分量u_sdi和q轴分量u_sqi以及所述无源网络交流电流i_si的d轴分量i_sdi和q轴分量i_sqi；

③将所述交流电压d轴分量u_sdi与所述交流电压u_si指令值d轴分量u_sdi*进行比较并经比例积分控制器消除其静态误差；然后将所述比例积分控制器输出量与所述交流电流q轴分量i_sqi和所述直流侧电压U_d的负反馈叠加，其中，所述q轴分量i_sqi的负反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积ωL，由所述整定公式(1)计算出所述直流侧电压U_di的负反馈增益K_di，从而得到PWM调制信号d轴分量；

④将所述交流电压q轴分量u_sqi与所述交流电压指令值的q分量u_sqi*进行比较并经比例积分控制器消除其静态误差；再与所述交流电流d轴分量i_sdi和所述直流电压U_di的负反馈叠加，其中，所述d轴分量i_sdi的负反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积ωL，由所述整定公式(1)计算出所述直流侧电压U_di的负反馈增益K_qi，从而得到PWM调制信号q轴分量；

⑤将所述PWM调制信号d轴分量和q轴分量经派克反变换并与所述三角载波进行比较，得到所述与无源网络或风电场连接的电压源换流站换流阀的开关控制信号。

本发明工作原理：与交流系统的电压频率类似，直流电压是直流系统功率潮流以及运行状态的重要特征量，多端柔性直流输电系统发生任何扰动，如互联的某一交流系统短路故障、风电功率的波动、无源网络负荷的周期性变化、系统潮流调整等，均会直接引起直流系统潮流以及直流电压的波动，并经由各电压源换流站对互联的其他交流电网产生影响，因此将电压源换流站直流侧电压引入各站级控制器中，当系统发生扰动，各站级控制器即可通过直流电压的变化检测到扰动信号，通过配置合理的直流电压负反馈增益，控制器即可迅速针对扰动调节PWM调制信号，从而保证各电压源换流站及所连交流系统不受其他换流站的影响，实现换流站之间的解耦。

本发明的有益效果：相比现有控制方式，本发明结构简单易行，仅需增加各电压源换流站直流电压的测量和负反馈，以及反馈增益的整定，即可抑制多端柔性直流输电系统中各电压源换流站之间耦合作用，削弱各电压源换流站之间的相互干扰，保证各电压源换流站及所连交流系统独立稳定运行；大大提高各电压源换流站所连交流电网的电压稳定性，起到电网防火墙的作用。

附图说明

图1为含交流大电网互联、无源网络供电及风电场并网的多端柔性直流输电系统拓扑图；

其中1-交流大电网，2-换流变压器，3-滤波器，4-联结电抗器，i_s-换流站交流电流，u_c-换流站交流侧电压，5-电压源换流阀，6-换流站直流侧电容，7-直流输电电缆，8-无源网络，9-风电场，10-交流大电网，u_s1、u_s2、u_s3及u_s4分别为各电压源换流站接入点的交流电压，i_s1、i_s2、i_s3及i_s4分别为各电压源换流站交流母线电流，u_c1、u_c2、u_c3及u_c4分别为各电压源换流站交流侧电压，U_d1、U_d2、U_d3及U_d4为各换流站直流侧电压；

图2为基于直流侧电压反馈的有功无功电压控制器框图；

图3为基于直流侧电压反馈的交流电压控制器框图；

图4(a)电压源换流站1交流电压d轴分量u_sd1、(b)电压源换流站1交流电压q轴分量u_sq1、(c)电压源换流站2交流电压d轴分量u_sd2、(d)电压源换流站2交流电压q轴分量u_sq2，图5(a)电压源换流站1交流电压d轴分量u_sd1、(b)电压源换流站1交流电压q轴分量u_sq1、(c)电压源换流站2交流电压d轴分量u_sd2、(d)电压源换流站2交流电压q轴分量u_sq2,图6(a)电压源换流站1交流电压d轴分量u_sd1、(b)电压源换流站1交流电压q轴分量u_sq1、(c)电压源换流站2交流电压d轴分量u_sd2(d)电压源换流站2交流电压q轴分量u_sq2分别为采用本实施例的控制方式前后，对应K_di和K_qi不同取值，风电场功率波动时换流站1和换流站2电网电压波形对比。

具体实施方式

通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。

本实施例采用如下技术方案：一种本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法，所述解耦控制方法是在多端柔性直流输电系统所涉及电压源换流站控制器中引入其自身直流侧电压U_d负反馈，通过将所述系统中任意一个电压源换流站i的直流电压U_di的负反馈分别叠加到所述任意一个电压源换流站i的换流阀PWM调制信号的d轴分量和q轴分量中，对所述多端柔性直流输电系统进行解耦控制。

所述直流电压U_di的负反馈增益为K_di和K_qi，所述K_di和K_qi的整定公式为式中S为载波幅值，u_cdi0和u_cqi0分别为所述电压源换流站交流侧电压u_ci的d轴分量稳态值和q轴分量稳态值，U_di0为所述电压源换流站直流侧电压的稳态值。

对所述多端柔性直流输电系统进行解耦控制包括对所述多端柔性直流输电系统中与有源网络连接且采用有功无功控制的电压源换流站和与无源网络或风电场连接且采用交流电压控制的电压源换流站的控制。

对所述多端柔性直流输电系统中与有源网络连接且采用有功无功控制的电压源换流站的控制包括以下具体步骤：

①采用电压互感器和电流互感器测量所述有源网络接入点的交流电压u_si和交流电流i_si，并基于锁相环得到所述交流电压u_si同步相位；

②根据步骤①所得到的所述交流电压u_si同步相位进行派克变换得到所述交流电压u_si的d轴分量u_sdi和q轴分量u_sqi以及所述交流电流i_si的d分量i_sdi和q分量i_sqi；

③根据步骤②所得到的所述交流电压u_si和交流电流i_si的d轴分量和q轴分量，计算得到交流电网向所述电压源换流站注入的有功功率P及无功功率Q；

④将有功功率指令值P*与所述有功功率P进行比较并经比例积分控制器消除静态误差，从而得到有功电流参考值i_sdi*，将无功功率指令值Q*与所述无功功率Q进行比较并经比例积分控制器得到无功电流参考值i_sqi*；

⑤将所述有功电流参考值i_sdi*与所述交流电流d轴分量i_sdi进行比较并经比例积分控制器后取负，再与所述交流电流q轴分量i_sqi和直流电压U_di的负反馈以及所述交流电压d轴分量u_sdi正反馈叠加，其中，i_sqi的反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积，U_di的负反馈增益K_di，u_sdi正反馈增益为1，从而得到PWM调制信号d轴分量；

⑥将所述无功电流参考值i_sqi*与所述交流电流q轴分量i_sqi进行比较并经比例积分控制器后取负，再与所述交流电流d轴分量i_sdi和交流电压u_sqi正反馈以及所述直流电压U_di负反馈叠加，其中，i_sdi的反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积，U_di的负反馈增益K_qi，u_sqi正反馈增益为1，从而得到PWM调制信号q轴分量；

⑦将所述PWM调制信号d轴分量和q轴分量经派克反变换并与所述三角载波进行比较，得到所述与有源网络互联且采用有功无功控制的电压源换流站换流阀的开关控制信号。

对所述多端柔性直流输电系统中与无源网络或风电场连接且采用交流电压控制的电压源换流站的控制包括以下具体步骤：

①采用电压互感器和电流互感器测量所述无源网络接入点的交流电压u_si和交流电流i_si，并基于锁相环得到电网同步相位；

②根据步骤①所得同步相位进行派克变换得到所述无源网络接入点交流电压u_si的d轴分量u_sdi和q轴分量u_sqi以及所述无源网络交流电流i_si的d轴分量i_sdi和q轴分量i_sqi；

③将所述交流电压d轴分量u_sdi与所述交流电压u_si指令值d轴分量u_sdi*进行比较并经比例积分控制器消除其静态误差；然后将所述比例积分控制器输出量与所述交流电流q轴分量i_sqi和所述直流侧电压U_d的负反馈叠加，其中，所述q轴分量i_sqi的负反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积ωL，由所述整定公式(1)计算出所述直流侧电压U_di的负反馈增益K_di，从而得到PWM调制信号d轴分量；

④将所述交流电压q轴分量u_sqi与所述交流电压指令值的q分量u_sqi*进行比较并经比例积分控制器消除其静态误差；再与所述交流电流d轴分量i_sdi和所述直流电压U_di的负反馈叠加，其中，所述d轴分量i_sdi的负反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积ωL，由所述整定公式(1)计算出所述直流侧电压U_di的负反馈增益K_qi，从而得到PWM调制信号q轴分量；

⑤将所述PWM调制信号d轴分量和q轴分量经派克反变换并与所述三角载波进行比较，得到所述与无源网络或风电场连接的电压源换流站换流阀的开关控制信号。

实施例1

如图1所示，为含交流大电网互联、无源网络供电及风电场并网的多端柔性直流输电系统拓扑图，其中1为交流大电网，2为换流变压器，3为滤波器，4为联结电抗器，i_s为各换流站交流电流，u_c为各换流站交流侧电压，5为电压源换流阀，6为换流站直流侧电容，7为直流输电电缆，8为无源网络，9为风电场，10为交流大电网，u_s1、u_s2、u_s3及u_s4分别为各电压源换流站接入点的交流电压，i_s1、i_s2、i_s3及i_s4分别为各电压源换流站交流母线电流，u_c1、u_c2、u_c3及u_c4分别为各电压源换流站交流侧电压，U_d1、U_d2、U_d3及U_d4为各换流站直流侧电压。

如图2、图3所示，为本实施例提出的本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制，即对常规的电压源换流器有功无功控制器及交流电压控制器中引入各换流站直流侧电压负反馈，将所述直流电压通过一定的反馈增益分别叠加到所述换流阀PWM调制信号的d轴分量和q轴分量中，所述反馈增益K_di和K_qi的整定公式为：式中K_di和K_qi是系统中第i个电压源换流站的直流电压反馈增益，S为载波幅值，u_cdi0和u_cqi0分别为所述电压源换流站交流侧电压u_ci的d轴分量稳态值和q轴分量稳态值，U_di0为所述电压源换流站直流侧电压的稳态值。其中叠加到所述电压源换流站PWM调制信号d轴分量的直流电压负反馈增益K_di等于三角载波峰峰值2S与所述电压源换流站交流侧电压稳态值的d分量u_cdi0之积除以所述电压源换流站直流电压稳态值U_di0的平方，叠加到所述电压源换流站PWM调制信号q轴分量的直流电压负反馈增益K_qi等于三角载波峰峰值2S与所述电压源换流站交流侧电压稳态值的q分量u_cqi0之积除以所述电压源换流站直流电压稳态值U_di0的平方。

实施例2

本实施例多端柔性直流输电系统如图1所示，相应的模型建立在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中，其基本参数如下：

电压源换流站1的直流侧电容为5000μF，额定功率100MW，联结电抗器等效电感0.053H，等效电阻0.8Ω，换流变压器采用Yn/△接法，漏抗为0.1pu，变比25kV/60kV，所连交流电网线电压有效值25kV，等效内电感0.01H，该换流站采用有功无功控制，有功功率指令值P1*为15MW，无功功率指令值Q1*为4Mvar；

电压源换流站2的直流侧电容为5000μF，额定功率100MW，联结电抗器等效电感0.053H，等效电阻0.8Ω，换流变压器采用Yn/△接法，漏抗为0.1pu，变比20kV/60kV，所连无源网络采用电感和电阻模拟，分别为0.01H和30Ω，额定电压20kV，该换流站采用交流电压控制，交流电压指令值u_sd2*为20kV，u_sq2*为0kV；

电压源换流站3的直流侧电容为5000μF，额定功率100MW，联结电抗器等效电感0.053H，等效电阻0.8Ω，换流变压器采用Yn/△接法，漏抗为0.1pu，变比13.5kV/60kV，所连风电场由10台2MW双馈式风力发电机组成，额定交流电压20kV，该换流站采用交流电压控制，交流电压指令值u_sd2*为20kV，u_sq2*为0kV；

电压源换流站4的直流侧电容为5000μF，额定功率100MW，联结电抗器等效电感0.053H，等效电阻0.8Ω，换流变压器采用Yn/△接法，漏抗为0.1pu，变比25kV/60kV，所连交流电网线电压有效值25kV，等效内电感0.01H，该换流站采用直流电压及无功功率控制，直流电压指令值U_d4*为60kV，Q₄*为0Mvar。

与交流系统的电压频率类似，直流电压是直流系统功率潮流以及运行状态的重要特征量，多端柔性直流输电系统发生任何扰动，如互联的某一交流系统短路故障、风电功率的波动、无源网络负荷的周期性变化、系统潮流调整等，均会直接引起直流系统潮流以及直流电压的波动，并经由各电压源换流站对互联的其他交流电网产生影响，因此将电压源换流站直流侧电压引入各站级控制器中，当系统发生扰动，各站级控制器即可通过直流电压的变化检测到扰动信号，通过配置合理的直流电压负反馈增益，控制器即可迅速针对扰动调节PWM调制信号，从而保证各电压源换流站及所连交流系统不受其他换流站的影响，实现换流站之间的解耦。本实施例在所有换流站控制器中引入其自身直流侧电压负反馈，提出如图2和图3所示的基于本地直压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法：

对于与交流大电网互联且采用有功无功控制的换流站，采用电压互感器和电流互感器测量换流站接入点的三相电压u_s1和三相电流i_s1，并基于锁相环进行派克变换得到所述交流电压u_s1的d轴分量u_sd1和q轴分量u_sq1以及所述电流i_s1的d分量i_sd1和q分量i_sq1，然后根据所述电压及电流值计算得到交流大电网向换流站输入的有功功率P₁及无功功率Q₁。

将有功功率指令值P_1*与所述有功功率实际值P₁进行比较并经比例积分控制器消除静态误差，从而得到有功电流参考值i_sd1*，将无功功率指令值Q_1*与所述无功功率实际值Q₁进行比较并经比例积分控制器得到无功电流参考值i_sq1*。

将有功电流参考值i_sd1*与所述有功电流实际值i_sd1进行比较并经比例积分控制器后取负，再与电流i_sq1和直流电压U_d1的负反馈以及交流电压u_sd1正反馈叠加，i_sq1的负反馈增益为工频角速度与联结电抗器电感之积，U_d1的负反馈增益K_d1由公式(1)求取，u_sd1正反馈增益为1，从而得到PWM调制信号d轴分量。

将无功电流参考值i_sq1*与无功电流实际值i_sq1进行比较并经比例积分控制器后取负，再与电流i_sd1和交流电压u_sq1正反馈以及直流电压U_d1负反馈叠加，其中i_sd1的正反馈增益为工频角速度与联结电抗器电感之积，u_sq1正反馈增益为1，U_d1的负反馈增益K_q1由公式(1)求取，即可得到PWM调制信号的q分量。

最后将PWM调制信号d分量和q分量经派克反变换并与三角载波进行比较，便可得到所述电压源换流站换流阀的三相开关控制信号。

对于为无源网络供电的电压源换流站，首先采用电压互感器和电流互感器测量无源网络或风电场接入点的三相电压u_s2和三相电流i_s2，并基于锁相环相位进行派克变换得到电压u_s2的d轴分量u_sd2和q轴分量u_sq2以及电流i_s2的d分量i_sd2和q分量i_sq2。

将交流电压指令值d轴分量u_sd2*与实际值u_sd2进行比较并经比例积分控制器消除其静态误差，然后将比例积分控制器输出量与电流i_sq2和直流电压U_d2的负反馈叠加，i_sq2的负反馈增益为工频角速度与联结电抗器电感之积，U_d2的负反馈增益K_d2由公式(1)求取，从而得到PWM调制信号d轴分量。

将交流电压指令值的q分量u_sq2*与实际值u_sq2进行比较并经比例积分控制器后，再与电流i_sd2的正反馈和直流电压U_d2负反馈叠加，其中i_sd2的正反馈增益为工频角速度与联结电抗器电感之积，U_d2的反馈增益K_q2由公式(1)求取，即可得到PWM调制信号的q分量。

最后将PWM调制信号d分量和q分量经派克反变换并与三角载波进行比较，便可得到所述电压源换流站换流阀的三相开关控制信号。

对于与风电场连接的电压源换流站，其交流电压控制方法如图2所示。

根据案例系统参数设定，进行潮流计算可知，电压源换流站1的交流侧电压稳态值的d分量u_cd10为16.73kV，电压源换流站交流侧电压稳态值的q分量u_cq10为8.46kV，直流侧电压稳态值U_d10为60.63kV，且载波幅值为50，因此换流站1的直流电压反馈增益K_d1为0.005～0.91，K_q1为0.0023～0.46；

电压源换流站2的交流侧电压稳态值的d分量u_cd20为20.74kV，电压源换流站交流侧电压稳态值的q分量u_cq20为-6.61kV，直流侧电压稳态值U_d20为60.08kV，且载波幅值为50，因此换流站2的直流电压反馈增益K_d2为0.006～1.15，K_q2为-0.002～-0.366；

电压源换流站3的交流侧电压稳态值的d分量u_cd30为16.39kV，电压源换流站交流侧电压稳态值的q分量u_cq30为11.42kV，直流侧电压稳态值U_d30为60.76kV，且载波幅值为50，因此换流站3的直流电压反馈增益K_d3为0.0045～0.888，K_q3为0.0031～0.618。

当K_di和K_qi取值为K_d1＝0.005，K_q1＝0.0023，K_d2＝0.006，K_q2＝-0.002，K_d3＝0.0045，K_q3＝0.0031，如图4中(a)、(b)、(c)、(d)所示为电压源换流站3风电场功率扰动时电压源换流站1以及电压源换流站2的试验波形对比，其中实线波形未采用本地直流电压反馈的解耦控制策略，虚线波形为采用本地直流电压反馈的解耦控制策略；结果表明能在一定程度上抑制换流站3所连风电场功率扰动对换流站1所连交流系统以及换流站2所连无源网络的影响，但效果不明显。

当K_di和K_qi取值为K_d1＝0.455，K_q1＝0.23，K_d2＝0.575，K_q2＝-0.183，K_d3＝0.444，K_q3＝0.309，如图5中(a)、(b)、(c)、(d)所示为电压源换流站3风电场功率扰动时电压源换流站1以及电压源换流站2的试验波形对比，其中实线波形未采用本地直流电压反馈的解耦控制策略，虚线波形为采用本地直流电压反馈的解耦控制策略；结果表明能有效抑制换流站3所连风电场功率扰动对换流站1所连交流系统以及换流站2所连无源网络的影响。

当K_di和K_qi取值为K_d1＝0.91，K_q1＝0.46，K_d2＝1.51，K_q2＝-0.366，K_d3＝0.888，K_q3＝0.618，如图6中(a)、(b)、(c)、(d)所示为电压源换流站3风电场功率扰动时电压源换流站1以及电压源换流站2的试验波形对比，其中实线波形未采用本地直流电压反馈的解耦控制策略，虚线波形为采用本地直流电压反馈的解耦控制策略；结果表明能有效抑制换流站3所连风电场功率扰动对换流站1所连交流系统以及换流站2所连无源网络的影响。

上述PI控制器、潮流计算以及增益计算均可通过软件编程实现，并在数字信号处理器中执行。

本实施例结构简单易行，仅需增加电压源换流站直流电压的测量及负反馈，即可有效抑制各电压源换流站之间的相互干扰，大大提高各电压源换流站及所连交流系统的独立运行能力，保证所连交流系统的电压稳定性。

Claims (5)

1.一种本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法，其特征在于：所述解耦控制方法是在多端柔性直流输电系统所涉及电压源换流站控制器中引入其自身直流侧电压U_d负反馈，通过将所述系统中任意一个电压源换流站i的直流电压U_di的负反馈分别叠加到所述任意一个电压源换流站i的换流阀PWM调制信号的d轴分量和q轴分量中，对所述多端柔性直流输电系统进行解耦控制。

2.如权利要求1所述的本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法，其特征在于：所述直流电压U_di的负反馈增益为K_di和K_qi，所述K_di和K_qi的整定公式为 $\left\{\begin{array}{c}{K}_{di}=\frac{2S}{U_{dio}^2}{u}_{cdio}\left(1\%~200\%\right)\\ K_{qi}=\frac{2S}{U_{dio}^2}{u}_{cqio}\left(1\%~200\%\right)\end{array}\right.---\left(1\right),$ 式中S为载波幅值，u_cdi0和u_cqi0分别为所述电压源换流站交流侧电压u_ci的d轴分量稳态值和q轴分量稳态值，U_di0为所述电压源换流站直流侧电压的稳态值。

3.如权利要求2所述的本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法，其特征在于：对所述多端柔性直流输电系统进行解耦控制包括对所述多端柔性直流输电系统中与有源网络连接且采用有功无功控制的电压源换流站和与无源网络或风电场连接且采用交流电压控制的电压源换流站的控制。

4.如权利要求3所述的本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法，其特征在于：对所述多端柔性直流输电系统中与有源网络连接且采用有功无功控制的电压源换流站的控制包括以下具体步骤：

①采用电压互感器和电流互感器测量所述有源网络接入点的交流电压u_si和交流电流i_si，并基于锁相环得到所述交流电压u_si同步相位；

②根据步骤①所得到的所述交流电压u_si同步相位进行派克变换得到所述交流电压u_si的d轴分量u_sdi和q轴分量u_sqi以及所述交流电流i_si的d分量i_sdi和q分量i_sqi；

③根据步骤②所得到的所述交流电压u_si和交流电流i_si的d轴分量和q轴分量，计算得到交流电网向所述电压源换流站注入的有功功率P及无功功率Q；

④将有功功率指令值P*与所述有功功率P进行比较并经比例积分控制器消除静态误差，从而得到有功电流参考值i_sdi*，将无功功率指令值Q*与所述无功功率Q进行比较并经比例积分控制器得到无功电流参考值i_sqi*；

⑤将所述有功电流参考值i_sdi*与所述交流电流d轴分量i_sdi进行比较并经比例积分控制器后取负，再与所述交流电流q轴分量i_sqi和直流电压U_di的负反馈以及所述交流电压d轴分量u_sdi正反馈叠加，其中，i_sqi的反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积，U_di的负反馈增益K_di，u_sdi正反馈增益为1，从而得到PWM调制信号d轴分量；

⑥将所述无功电流参考值i_sqi*与所述交流电流q轴分量i_sqi进行比较并经比例积分控制器后取负，再与所述交流电流d轴分量i_sdi和交流电压u_sqi正反馈以及所述直流电压U_di负反馈叠加，其中，i_sdi的反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积，U_di的负反馈增益K_qi，u_sqi正反馈增益为1，从而得到PWM调制信号q轴分量；

⑦将所述PWM调制信号d轴分量和q轴分量经派克反变换并与所述三角载波进行比较，得到所述与有源网络互联且采用有功无功控制的电压源换流站换流阀的开关控制信号。

5.如权利要求3所述的本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法，其特征在于：对所述多端柔性直流输电系统中与无源网络或风电场连接且采用交流电压控制的电压源换流站的控制包括以下具体步骤：

①采用电压互感器和电流互感器测量所述无源网络接入点的交流电压u_si和交流电流i_si，并基于锁相环得到电网同步相位；

②根据步骤①所得同步相位进行派克变换得到所述无源网络接入点交流电压u_si的d轴分量u_sdi和q轴分量u_sqi以及所述无源网络交流电流i_si的d轴分量i_sdi和q轴分量i_sqi；

③将所述交流电压d轴分量u_sdi与所述交流电压u_si指令值d轴分量u_sdi*进行比较并经比例积分控制器消除其静态误差；然后将所述比例积分控制器输出量与所述交流电流q轴分量i_sqi和所述直流侧电压U_d的负反馈叠加，其中，所述q轴分量i_sqi的负反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积ωL，由所述整定公式(1)计算出所述直流侧电压U_di的负反馈增益K_di，从而得到PWM调制信号d轴分量；

④将所述交流电压q轴分量u_sqi与所述交流电压指令值的q分量u_sqi*进行比较并经比例积分控制器消除其静态误差；再与所述交流电流d轴分量i_sdi和所述直流电压U_di的负反馈叠加，其中，所述d轴分量i_sdi的负反馈增益为工频角速度ω与联结电抗器电感L之积ωL，由所述整定公式(1)计算出所述直流侧电压U_di的负反馈增益K_qi，从而得到PWM调制信号q轴分量；

⑤将所述PWM调制信号d轴分量和q轴分量经派克反变换并与所述三角载波进行比较，得到所述与无源网络或风电场连接的电压源换流站换流阀的开关控制信号。