CN107017614B - 一种交流电网故障时阀侧交流母线电流过流抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交流电网故障时阀侧交流母线电流过流抑制方法，包括如下步骤：利用基于SOGI的自适应滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第一正序分量和第一负序分量；利用带阻滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第二正序分量和第二负序分量；根据柔性直流输电系统的运行状态选取交流电压的第一正序分量和第一负序分量，或者选取交流电压的第二正序分量和第二负序分量；将选取的交流电压的正序分量和负序分量作用到控制系统的电流控制环路中。本发明所述抑制方法在交流电网故障的开始时刻和故障结束时刻能够有效地抑制电网电压波动导致的阀侧交流母线电流过流现象。

Description

一种交流电网故障时阀侧交流母线电流过流抑制方法

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种交流电网故障时阀侧交流母线电流过流抑制方法。

背景技术

柔性直流输电技术是构建智能电网的重要组成部分。与传统输电方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。

基于全控器件的模块化多电平换流器柔性直流输电系统，采用上百个子模块的级联的方式，使其输出电压等级可以灵活配置，并且谐波含量低，与传统的基于晶闸管换流器的高压直流输电系统相比，柔性直流输电系统可以实现有功功率和无功功率的独立控制，不存在换相失败，还具有开关损耗低、故障穿越能力强等优势，特别适用于大型风电场的并网，例如远距离、大容量的海上风电场并网。

当柔性直流输电系统所联交流电网发生故障(如单相接地、相间短路以及三相对地短路等)时，要求柔性直流输电系统能够继续运行，不出现闭锁停运，降低对交流系统的冲击，同时保证自身设备安全，不出现器件过压过流，实现故障穿越。

按照故障类型可将交流电网发生的故障分为对称故障和不对称故障。其中，不对称故障将会产生负序分量，并在柔性直流输电系统的交流侧和直流侧产生大量非特征谐波，导致电压和电流发生畸变，严重时会影响到设备的安全运行，因此需要抑制不对称故障时产生的负序分量带来的不利影响。

现有抑制方法具体为，先提取交流电压和交流电流的正、负序分量，再将负序分量控制为零，从而抑制不对称故障时负序分量带来的不利影响。这种抑制方法虽然可以改善交流电压和交流电流的波形质量，降低谐波含量，但是，无论是对称故障，还是不对称故障，在故障开始和故障结束这两个时刻，电网电压波动较大，导致提取的交流电压的正序分量和负序分量，以及交流电流的正序分量和负序分量均存在一定的延时，一旦延时超过一定范围，就无法及时跟踪电网电压的波动，还会在控制系统的正序电流控制环路和负序电流控制环路中引入干扰，造成柔性直流输电系统的阀侧交流母线电流出现过流现象，从而威胁到设备的安全运行，甚至会导致系统闭锁停运。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种交流电网故障时阀侧交流母线电流过流抑制方法，其在交流电网故障的开始时刻和故障结束时刻能够有效地抑制电网电压波动导致的阀侧交流母线电流过流现象。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种交流电网故障时阀侧交流母线电流过流抑制方法，包括如下步骤：

利用基于SOGI的自适应滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第一正序分量和第一负序分量；

利用带阻滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第二正序分量和第二负序分量；

根据柔性直流输电系统的运行状态选取交流电压的第一正序分量和第一负序分量，或者选取交流电压的第二正序分量和第二负序分量；

将选取的交流电压的正序分量和负序分量作用到控制系统的电流控制环路中。

优选地，所述利用基于SOGI的自适应滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第一正序分量和第一负序分量的步骤具体为：

检测换流变压器原边或副边的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c；

将得到的三相静止坐标系下的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c变换为两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β；

将两相静止坐标系下的交流电压v_α与系统角频率ω送入第一基于SOGI的自适应滤波器，得到交流电压正交分量v_α'和qv_α，以及将两相静止坐标系下的交流电压v_β与系统角频率ω送入第二基于SOGI的自适应滤波器，得到交流电压正交分量v_β'和qv_β；

对交流电压正交分量v_α'、qv_α、v_β'和qv_β进行处理，得到两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P和负序分量v_α ^N、v_β ^N；

将两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P和负序分量v_α ^N、v_β ^N分别变换为两相旋转坐标系下的交流电压的第一正序分量v_d1 ^P、v_q1 ^P和第一负序分量v_d1 ^N、v_q1 ^N。

优选地，所述抑制方法还包括：

将两相旋转坐标系下的交流电压的第一正序分量v_q1 ^P送入锁相环，得到系统角频率ω，以及两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P变换为两相旋转坐标系下的交流电压的第一正序分量v_d1 ^P、v_q1 ^P所需的角度θ、和两相静止坐标系下的交流电压的负序分量v_α ^N、v_β ^N变换为两相旋转坐标系下的交流电压的第一负序分量v_d1 ^N、v_q1 ^N所需的角度-θ。

优选地，所述对交流电压正交分量v_α'、qv_α、v_β'和qv_β进行处理的步骤具体为：

通过下述公式(1)对交流电压正交分量v_α'、qv_α、v_β'和qv_β进行处理，

从而得到两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P和负序分量v_α ^N、v_β ^N。

优选地，所述利用带阻滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第二正序分量和第二负序分量的步骤具体为：

检测换流变压器原边或副边的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c；

将得到的三相静止坐标系下的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c变换为两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β；

将两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β变换为两相旋转坐标系下的两相交流电压v_d和v_q；

将两相旋转坐标系下的交流电压v_d送入第一带阻滤波器，以及将两相旋转坐标系下的交流电压v_q送入第二带阻滤波器，分别得到两相旋转坐标系下的交流电压的第二正序分量v_d2 ^P、v_q2 ^P；

使两相旋转坐标系下的交流电压v_d减去交流电压的第二正序分量v_d2 ^P，以及使两相旋转坐标系下的交流电压v_q减去交流电压的第二正序分量v_q2 ^P，得到两个差值，并使所述两个差值依次经过两相旋转坐标系-两相静止坐标系变换和两相静止坐标系-两相旋转坐标系变换，得到两相旋转坐标系下的交流电压的第二负序分量v_d2 ^N、v_q2 ^N。

优选地，所述抑制方法还包括：

将两相旋转坐标系下的交流电压的第二正序分量v_q2 ^P送入锁相环，得到两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β变换为两相旋转坐标系下的两相交流电压v_d和v_q所需的角度θ，以及所述两个差值依次经过两相旋转坐标系-两相静止坐标系变换和两相静止坐标系-两相旋转坐标系变换分别所需的角度θ和角度-θ。

可选地，所述抑制方法还包括：

将两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β送入锁相环，得到两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β变换为两相旋转坐标系下的两相交流电压v_d和v_q所需的角度θ，以及所述两个差值依次经过两相旋转坐标系-两相静止坐标系变换和两相静止坐标系-两相旋转坐标系变换分别所需的角度θ和角度-θ。

优选地，所述第一带阻滤波器和第二带阻滤波器的阻带频率均为100Hz。

优选地，所述根据柔性直流输电系统的运行状态选取交流电压的第一正序分量和第一负序分量，或者选取交流电压的第二正序分量和第二负序分量的步骤具体为：

判断柔性直流输电系统的运行状态；

若该运行状态为稳态运行状态，则选取交流电压的第一正序分量和第一负序分量；

若该运行状态为故障运行状态，则选取交流电压的第二正序分量和第二负序分量。

有益效果：

本发明所述抑制方法在柔性直流输电系统所联交流电网发生故障时，可以有效地抑制故障开始时刻和故障结束时刻电网电压波动导致的阀侧交流母线电流过流现象，从而保证设备的安全运行，实现柔性直流输电系统的故障穿越。

附图说明

图1为本发明实施例提供的双端柔性直流输电系统拓扑图；

图2本发明实施例提供的交流电网故障时阀侧交流母线电流过流抑制方法的流程图；

图3为图2中步骤S100的具体流程图；

图4为本发明实施例提供的基于SOGI的方法提取交流电压正、负序分量的示意图；

图5为图4中基于SOGI的自适应滤波器的结构框图；

图6为图2中步骤S200的具体流程图；

图7为本发明实施例提供的基于带阻滤波器的方法提取交流电压正、负序分量的示意图；

图8为本发明实施例提供的根据故障标志选取交流电压正、负序分量的示意图；

图9为本发明实施例提供的控制环路中电流内环控制示意图；

图10A为模拟单相接地不对称故障时电网电压的波形图；

图10B为模拟单相接地不对称故障时基于SOGI的方法提取的电网电压d轴正序分量V_d ^P_SOGI的波形图和基于带阻滤波器的方法提取的电网电压d轴正序分量V_d ^P_FILTER的波形图；

图11A为模拟三相电压跌落对称故障时电网电压的波形图；

图11B为模拟三相电压跌落对称故障时基于SOGI的方法提取的电网电压d轴正序分量V_d ^P_SOGI的波形图和基于带阻滤波器的方法提取的电网电压d轴正序分量V_d ^P_FILTER的波形图；

图12A为图1所示PCC1处发生单相接地不对称故障时故障起始时刻左右的电网电压波形图；

图12B为图1所示PCC1处发生单相接地不对称故障期间采用现有抑制方法时阀侧交流母线电流波形图；

图12C为图1所示PCC1处发生单相接地不对称故障期间采用本发明实施例所述抑制方法时阀侧交流母线电流波形图；

图13A为图1所示PCC1处发生三相电压跌落对称故障时故障起始时刻左右的电网电压波形图；

图13B为图1所示PCC1处发生三相电压跌落对称故障期间采用现有抑制方法时阀侧交流母线电流波形图；

图13C为图1所示PCC1处发生三相电压跌落对称故障期间采用本发明实施例所述抑制方法时阀侧交流母线电流波形图；

图14A为图1所示PCC2处发生单相接地不对称故障时故障结束时刻左右的电网电压波形图；

图14B为图1所示PCC2处发生单相接地不对称故障期间采用现有抑制方法时阀侧交流母线电流波形图；

图14C为图1所示PCC2处发生单相接地不对称故障期间采用本发明实施例所述抑制方法时阀侧交流母线电流波形图；

图15A为图1所示PCC2处发生三相电压跌落对称故障时故障结束时刻左右的电网电压波形图；

图15B为图1所示PCC2处发生三相电压跌落对称故障期间采用现有抑制方法时阀侧交流母线电流波形图；以及

图15C为图1所示PCC2处发生三相电压跌落对称故障期间采用本发明实施例所述抑制方法时阀侧交流母线电流波形图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例提供一种交流电网故障时阀侧交流母线电流过流抑制方法，所述抑制方法应用于柔性直流输电系统中。

现有的柔性直流输电系统可以分为单端柔性直流输电系统、双端柔性直流输电系统以及多端(即三端以上)柔性直流输电系统。本发明实施例以双端柔性直流输电系统为例进行描述。

如图1所示，双端柔性直流输电系统包括第一交流侧、直流侧和第二交流侧。其中，第一交流侧包括依次连接的交流系统等效电源u_s1、交流系统等值阻抗Z₁和换流变压器T1；直流侧包括两个模块化多电平换流器及与二者的直流端相连的直流母线3；第二交流侧包括依次连接的交流系统等效电源u_s2、交流系统等值阻抗Z₂和换流变压器T2。第一交流侧的换流变压器T1通过阀侧交流母线1与一个模块化多电平换流器的交流端相连，第二交流侧的换流变压器T2通过阀侧交流母线2与另一个模块化多电平换流器的交流端相连。图1中PCC1指的是第一公共耦合点(point of common coupling，简称PCC)，PCC2指的是第二公共耦合点。本发明实施例中，所述“阀侧”指的是换流变压器T1与一个模块化多电平换流器的交流端之间的位置，以及换流变压器T2与另一个模块化多电平换流器的交流端之间的位置。

为了抑制交流系统故障(如单相接地、相间短路以及三相电压跌落等)带来的过压过流问题，需要对柔性直流输电系统采用正序分量和负序分量控制算法，这涉及到交流系统三相电网电压和电流的正、负序分量的提取。柔性直流输电系统的运行状态可分为稳态运行状态和故障运行状态，当柔性直流输电系统的运行状态处于稳态运行状态时，可采用基于SOGI(Second-Order Generalized Integrator，二阶广义积分器)的方法提取电网电压和电流的正、负序分量，将提取的电网电压和电流的正、负序分量作用到控制系统的电流控制环路中可以获得较为稳定的控制性能，然而，当柔性直流输电系统的运行状态处于故障运行状态时，尤其是故障开始和故障结束这两个时刻，电网电压波动较大，如果仍然采用基于SOGI的方法提取电网电压和电流的正、负序分量，则提取的电网电压和电流的正、负序分量存在较大延时，无法及时跟踪电网电压的波动，容易导致阀侧交流母线电流过流。因此，本发明实施例中，当柔性直流输电系统的运行状态处于稳态运行状态时，采用基于SOGI的方法提取电网电压和电流的正、负序分量，而当柔性直流输电系统的运行状态处于故障运行状态时，则采用基于更加快速的带阻滤波器的方法提取电网电压的正、负序分量，从而抑制阀侧交流母线电流过流现象。下面对本发明实施例进行详细描述。

如图2所示，本发明实施例提供的交流电网故障时阀侧交流母线电流过流抑制方法包括如下步骤S100至步骤S400：

S100.利用基于SOGI的自适应滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第一正序分量v_d1 ^P、v_q1 ^P和第一负序分量v_d1 ^N、v_q1 ^N。

如图3、4所示，步骤S100具体包括如下步骤S101至S105：

S101.检测换流变压器T1或T2的原边或副边的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c。

S102.将得到的三相静止坐标系下的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c变换为两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β，即进行一次abc/αβ变换。

S103.将两相静止坐标系下的交流电压v_α与系统角频率ω送入第一基于SOGI的自适应滤波器，得到交流电压正交分量v_α'和qv_α，以及将两相静止坐标系下的交流电压v_β与系统角频率ω送入第二基于SOGI的自适应滤波器，得到交流电压正交分量v_β'和qv_β。

如图5所示，将两相静止坐标系下的交流电压v(即v_α或v_β)与系统角频率ω送入基于SOGI的自适应滤波器，提取出v'(即v_α'或v_β')和qv(即qv_α或qv_β)的过程如下：

初始时刻，令v'和qv均为零，首先计算v与v'的差值，记为Δv，使该差值Δv乘以比例系数k(k值一般取)，得到Δvk，再使Δvk与qv的差值乘以ω，得到乘积((Δvk-qv)*ω)，并对该乘积进行积分运算，即可得到v'，而对v'与ω的乘积再进行积分运算，即可得到qv，上述过程是一个迭代过程，输出量v'和qv最终会稳定下来，并趋于某个定值。将v_α和v_β分别替换上述过程中的v，即可分别得到交流电压正交分量v_α'、qv_α和v_β'、qv_β。

S104.对交流电压正交分量v_α'、qv_α、v_β'和qv_β进行处理，得到两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P和负序分量v_α ^N、v_β ^N。

其中，对交流电压正交分量v_α'、qv_α、v_β'和qv_β进行处理具体为：

通过下述公式(1)对交流电压正交分量v_α'、qv_α、v_β'和qv_β进行处理，

从而得到两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P和负序分量v_α ^N、v_β ^N。

下面结合图4详细描述上述处理过程。

如图4所示，令v_α'减去qv_β，其差值再乘以0.5，可以得到两相静止坐标系下的交流电压正序分量v_α ^P；令qv_α加上v_β'，其和再乘以0.5，可以得到两相静止坐标系下的交流电压正序分量v_β ^P；令v_β'减去qv_α与v_β'的和，得到-qv_α，而-qv_α再乘以0.5，可以得到两相静止坐标系下的交流电压负序分量v_β ^N；令qv_β加上v_α'与qv_β的差值，得到v_α'，而v_α'再乘以0.5，可以得到两相静止坐标系下的交流电压负序分量v_α ^N。前述处理过程采用矩阵形式来表达，就可以整理成上述式(1)的形式。

S105.将两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P变换为两相旋转坐标系下的交流电压的第一正序分量v_d1 ^P、v_q1 ^P，即进行一次αβ/dq变换；以及将两相静止坐标系下的交流电压的负序分量v_α ^N、v_β ^N变换为两相旋转坐标系下的交流电压的第一负序分量v_d1 ^N、v_q1 ^N，即进行一次αβ/dq变换。

上述步骤S103中所需的系统角频率ω，以及上述步骤S105中两次αβ/dq变换分别所需的角度θ和角度-θ可通过如下方式获得：

将两相旋转坐标系下的交流电压的第一正序分量v_q1 ^P送入锁相环PLL，得到上述步骤S103中所需的系统角频率ω，以及上述步骤S105中两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P变换为两相旋转坐标系下的交流电压的第一正序分量v_d1 ^P、v_q1 ^P所需的角度θ、和两相静止坐标系下的交流电压的负序分量v_α ^N、v_β ^N变换为两相旋转坐标系下的交流电压的第一负序分量v_d1 ^N、v_q1 ^N所需的角度-θ。

S200.利用带阻滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第二正序分量v_d2 ^P、v_q2 ^P和第二负序分量v_d2 ^N、v_q2 ^N。

如图6、7所示，步骤S200具体包括如下步骤S201至S205：

S201.检测换流变压器T1或T2的原边或副边的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c。

S202.将得到的三相静止坐标系下的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c变换为两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β，即进行一次abc/αβ变换。

S203.将两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β变换为两相旋转坐标系下的两相交流电压v_d和v_q，即进行一次αβ/dq变换。

S204.将两相旋转坐标系下的交流电压v_d送入第一带阻滤波器，以及将两相旋转坐标系下的交流电压v_q送入第二带阻滤波器，分别得到两相旋转坐标系下的交流电压的第二正序分量v_d2 ^P、v_q2 ^P。

本发明实施例中，优选地，第一带阻滤波器和第二带阻滤波器的阻带频率均为100Hz。

S205.使两相旋转坐标系下的交流电压v_d减去交流电压的第二正序分量v_d2 ^P，以及使两相旋转坐标系下的交流电压v_q减去交流电压的第二正序分量v_q2 ^P，得到两个差值，并使所述两个差值依次经过两相旋转坐标系-两相静止坐标系变换(即dq/αβ变换)和两相静止坐标系-两相旋转坐标系变换(即αβ/dq变换)，换言之，使所述两个差值依次经过dq/αβ变换和αβ/dq变换，得到两相旋转坐标系下的交流电压的第二负序分量v_d2 ^N、v_q2 ^N。

上述步骤S203中αβ/dq变换所需的角度θ，以及上述步骤S205中dq/αβ变换所需的角度θ、αβ/dq变换所需的角度-θ可通过如下几种方式获得：

第一种方式为：将两相旋转坐标系下的交流电压的第二正序分量v_q2 ^P送入锁相环，得到两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β变换为两相旋转坐标系下的两相交流电压v_d和v_q所需的角度θ，以及所述两个差值依次经过两相旋转坐标系-两相静止坐标系变换和两相静止坐标系-两相旋转坐标系变换分别所需的角度θ和角度-θ。

第二种方式为：将两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β送入锁相环，得到两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β变换为两相旋转坐标系下的两相交流电压v_d和v_q所需的角度θ，以及所述两个差值依次经过两相旋转坐标系-两相静止坐标系变换和两相静止坐标系-两相旋转坐标系变换分别所需的角度θ和角度-θ。

需要说明的是，上述步骤100和步骤200的顺序可以互换，或者上述步骤100和步骤200可同时进行，本发明对此不做限定。

S300.根据柔性直流输电系统的运行状态选取交流电压的第一正序分量v_d1 ^P、v_q1 ^P和第一负序分量v_d1 ^N、v_q1 ^N，或者选取交流电压的第二正序分量v_d2 ^P、v_q2 ^P和第二负序分量v_d2 ^N、v_q2 ^N。

如图8所示，步骤S300具体为：

判断柔性直流输电系统的运行状态；

若该运行状态为稳态运行状态(即故障标志为0时)，则选取交流电压的第一正序分量v_d1 ^P、v_q1 ^P和第一负序分量v_d1 ^N、v_q1 ^N；

若该运行状态为故障运行状态(即故障标志为1时)，则选取交流电压的第二正序分量v_d2 ^P、v_q2 ^P和第二负序分量v_d2 ^N、v_q2 ^N。

S400.如图9所示，将选取的交流电压的正序分量v_d ^P、v_q ^P和负序分量v_d ^N、v_q ^N作用到控制系统的控制环路(包括正序电流控制环路和负序电流控制环路)中，从而有效地抑制故障开始时刻和故障结束时刻电网电压波动导致的阀侧交流母线电流过流现象，保证设备的安全运行，实现柔性直流输电系统的故障穿越。

需要说明的是，上述实施例中的角度θ指的是交流母线电压v_a的相位角。

图9中的交流电流的正序分量i_d ^P、i_q ^P和负序分量i_d ^N、i_q ^N可采用与上述步骤S100类似的方法得出，具体可以为：

S301.检测换流变压器T1或T2的原边或副边的三相交流母线电流i_a、i_b和i_c。

S302.将得到的三相静止坐标系下的三相交流母线电流i_a、i_b和i_c变换为两相静止坐标系下的两相交流电流i_α和i_β，即进行一次abc/αβ变换。

S303.将两相静止坐标系下的交流电流i_α与系统角频率ω送入第一基于SOGI的自适应滤波器，得到交流电流正交分量i_α'和qi_α，以及将两相静止坐标系下的交流电流i_β与系统角频率ω送入第二基于SOGI的自适应滤波器，得到交流电流正交分量i_β'和qi_β。

将两相静止坐标系下的交流电流i(即i_α或i_β)与系统角频率ω送入基于SOGI的自适应滤波器，提取出i'(即i_α'或i_β')和qi(即qi_α或qi_β)的过程如下：

初始时刻，令i'和qi均为零，首先计算i与i'的差值，记为Δi，使该差值Δi乘以比例系数k(k值一般取)，得到Δik，再使Δik与qi的差值乘以ω，得到乘积((Δik-qi)*ω)，并对该乘积进行积分运算，即可得到i'，而对i'与ω的乘积再进行积分运算，即可得到qi，上述过程是一个迭代过程，输出量i'和qi最终会稳定下来，并趋于某个定值。将i_α和i_β分别替换上述过程中的i，即可分别得到交流电流正交分量i_α'、qi_α和i_β'、qi_β。

S304.对交流电流正交分量i_α'、qi_α、i_β'和qi_β进行处理，得到两相静止坐标系下的交流电流的正序分量i_α ^P、i_β ^P和负序分量i_α ^N、i_β ^N。

其中，对交流电流正交分量i_α'、qi_α、i_β'和qi_β进行处理具体为：

通过下述公式(2)对交流电流正交分量i_α'、qi_α、i_β'和qi_β进行处理，

从而得到两相静止坐标系下的交流电流的正序分量i_α ^P、i_β ^P和负序分量i_α ^N、i_β ^N。

S305.将两相静止坐标系下的交流电流的正序分量i_α ^P、i_β ^P变换为两相旋转坐标系下的交流电流的第一正序分量i_d1 ^P、i_q1 ^P，即进行一次αβ/dq变换；以及将两相静止坐标系下的交流电流的负序分量i_α ^N、i_β ^N变换为两相旋转坐标系下的交流电流的第一负序分量i_d1 ^N、i_q1 ^N，即进行一次αβ/dq变换。

上述步骤S303中所需的系统角频率ω，以及上述步骤S305中两次αβ/dq变换分别所需的角度θ′和角度-θ′可通过如下方式获得：

将两相旋转坐标系下的交流电流的第一正序分量i_q1 ^P送入锁相环PLL，得到上述步骤S103中所需的系统角频率ω，以及上述步骤S105中两相静止坐标系下的交流电流的正序分量i_α ^P、i_β ^P变换为两相旋转坐标系下的交流电流的第一正序分量i_d1 ^P、i_q1 ^P所需的角度θ′、和两相静止坐标系下的交流电流的负序分量i_α ^N、i_β ^N变换为两相旋转坐标系下的交流电流的第一负序分量i_d1 ^N、i_q1 ^N所需的角度-θ′。

需要说明的是，上述实施例中的角度θ′指的是交流母线电流i_a的相位角。

下面结合具体实验数据对本发明实施例加以描述。

图10A为模拟单相接地不对称故障时电网电压的波形图，图10B为模拟单相接地不对称故障时基于SOGI的方法提取的电网电压d轴正序分量V_d ^P_SOGI的波形图和基于带阻滤波器的方法提取的电网电压d轴正序分量V_d ^P_FILTER的波形图；图11A为模拟三相电压跌落对称故障时电网电压的波形图，图11B为模拟三相电压跌落对称故障时基于SOGI的方法提取的电网电压d轴正序分量V_d ^P_SOGI的波形图和基于带阻滤波器的方法提取的电网电压d轴正序分量V_d ^P_FILTER的波形图。从图10A、图10B、图11A和图11B中可以看出，当柔性直流输电系统的运行状态处于单相接地不对称故障或三相电压跌落对称故障时，电网电压波动较大，此时V_d ^P_FILTER的响应速度(即下降速度)要比V_d ^P_SOGI的响应速度快，但是相比于V_d ^P_FILTER，V_d ^P_SOGI几乎没有波动，过渡平滑。因此，当柔性直流输电系统的运行状态处于稳态运行状态时，采用基于SOGI的方法(即上述步骤100)可以使运行过程更加平滑稳定，但是，当柔性直流输电系统的运行状态处于故障运行状态时，采用基于带阻滤波器的方法(即上述步骤200)可以更加快速的响应电网电压的变化，及时跟踪电网电压的波动，避免阀侧交流母线电流过流。

图1所示双端柔性直流输电系统中，每端额定容量为50MW，额定直流电压为±33kV。分别模拟两端交流系统发生单相接地不对称故障、三相电压跌落对称故障，得出图12A至图15C所示的波形图。其中，故障起始时刻为5.0s，故障结束时刻为5.625s，故障持续时间为0.625s。

具体地，图12A为图1所示PCC1处发生单相接地不对称故障时故障起始时刻左右的电网电压波形图，图12B为图1所示PCC1处发生单相接地不对称故障期间采用现有抑制方法时阀侧交流母线电流波形图，图12C为图1所示PCC1处发生单相接地不对称故障期间采用本发明实施例所述抑制方法时阀侧交流母线电流波形图；图13A为图1所示PCC1处发生三相电压跌落(跌落至20％)对称故障时故障起始时刻左右的电网电压波形图，图13B为图1所示PCC1处发生三相电压跌落(跌落至20％)对称故障期间采用现有抑制方法时阀侧交流母线电流波形图，图13C为图1所示PCC1处发生三相电压跌落(跌落至20％)对称故障期间采用本发明实施例所述抑制方法时阀侧交流母线电流波形图；图14A为图1所示PCC2处发生单相接地不对称故障时故障结束时刻左右的电网电压波形图，图14B为图1所示PCC2处发生单相接地不对称故障期间采用现有抑制方法时阀侧交流母线电流波形图，图14C为图1所示PCC2处发生单相接地不对称故障期间采用本发明实施例所述抑制方法时阀侧交流母线电流波形图；图15A为图1所示PCC2处发生三相电压跌落(跌落至20％)对称故障时故障结束时刻左右的电网电压波形图，图15B为图1所示PCC2处发生三相电压跌落(跌落至20％)对称故障期间采用现有抑制方法时阀侧交流母线电流波形图，图15C为图1所示PCC2处发生三相电压跌落(跌落至20％)对称故障期间采用本发明实施例所述抑制方法时阀侧交流母线电流波形图。上述图12B、图12C、图13B、图13C、图14B、图14C、图15B和图15C中上、下两条虚线表示临界值。从图12A至图15C中可以看出，不论是图1所示PCC1处还是PCC2处，无论发生单相接地不对称故障还是发生三相电压跌落对称故障，在故障的起始时刻或者故障的结束时刻采用现有抑制方法都会导致阀侧交流母线电流过流(详见图12B、图13B、图14B和图15B)，但是在故障的起始时刻或者故障的结束时刻采用本发明实施例所述抑制方法则有效地抑制阀侧交流母线电流过流现象(详见图12C、图13C、图14C和图15C)。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种交流电网故障时阀侧交流母线电流过流抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：

利用基于SOGI的自适应滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第一正序分量和第一负序分量；

利用带阻滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第二正序分量和第二负序分量；

根据柔性直流输电系统的运行状态选取交流电压的第一正序分量和第一负序分量，或者选取交流电压的第二正序分量和第二负序分量；

将选取的交流电压的正序分量和负序分量作用到控制系统的电流控制环路中；

其中，所述利用基于SOGI的自适应滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第一正序分量和第一负序分量的步骤具体为：

检测换流变压器原边或副边的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c；

将得到的三相静止坐标系下的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c变换为两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β；

将两相静止坐标系下的交流电压v_α与系统角频率ω送入第一基于SOGI的自适应滤波器，得到交流电压正交分量v_α'和qv_α，以及将两相静止坐标系下的交流电压v_β与系统角频率ω送入第二基于SOGI的自适应滤波器，得到交流电压正交分量v_β'和qv_β；

对交流电压正交分量v_α'、qv_α、v_β'和qv_β进行处理，得到两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P和负序分量v_α ^N、v_β ^N；

将两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P和负序分量v_α ^N、v_β ^N分别变换为两相旋转坐标系下的交流电压的第一正序分量v_d1 ^P、v_q1 ^P和第一负序分量v_d1 ^N、v_q1 ^N。

2.根据权利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述抑制方法还包括：

将两相旋转坐标系下的交流电压的第一正序分量v_q1 ^P送入锁相环，得到系统角频率ω，以及两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P变换为两相旋转坐标系下的交流电压的第一正序分量v_d1 ^P、v_q1 ^P所需的角度θ、和两相静止坐标系下的交流电压的负序分量v_α ^N、v_β ^N变换为两相旋转坐标系下的交流电压的第一负序分量v_d1 ^N、v_q1 ^N所需的角度-θ。

3.根据权利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述对交流电压正交分量v_α'、qv_α、v_β'和qv_β进行处理的步骤具体为：

通过下述公式(1)对交流电压正交分量v_α'、qv_α、v_β'和qv_β进行处理，

从而得到两相静止坐标系下的交流电压的正序分量v_α ^P、v_β ^P和负序分量v_α ^N、v_β ^N。

4.根据权利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述利用带阻滤波器对换流变压器原边或副边的三相交流母线电压进行处理，得到交流电压的第二正序分量和第二负序分量的步骤具体为：

检测换流变压器原边或副边的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c；

将得到的三相静止坐标系下的三相交流母线电压v_a、v_b和v_c变换为两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β；

将两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β变换为两相旋转坐标系下的两相交流电压v_d和v_q；

将两相旋转坐标系下的交流电压v_d送入第一带阻滤波器，以及将两相旋转坐标系下的交流电压v_q送入第二带阻滤波器，分别得到两相旋转坐标系下的交流电压的第二正序分量v_d2 ^P、v_q2 ^P；

使两相旋转坐标系下的交流电压v_d减去交流电压的第二正序分量v_d2 ^P，以及使两相旋转坐标系下的交流电压v_q减去交流电压的第二正序分量v_q2 ^P，得到两个差值，并使所述两个差值依次经过两相旋转坐标系-两相静止坐标系变换和两相静止坐标系-两相静旋转坐标系变换，得到两相旋转坐标系下的交流电压的第二负序分量v_d2 ^N、v_q2 ^N。

5.根据权利要求4所述的抑制方法，其特征在于，所述抑制方法还包括：

将两相旋转坐标系下的交流电压的第二正序分量v_q2 ^P送入锁相环，得到两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β变换为两相旋转坐标系下的两相交流电压v_d和v_q所需的角度θ，以及所述两个差值依次经过两相旋转坐标系-两相静止坐标系变换和两相静止坐标系-两相旋转坐标系变换分别所需的角度θ和角度-θ。

6.根据权利要求4所述的抑制方法，其特征在于，所述抑制方法还包括：

将两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β送入锁相环，得到两相静止坐标系下的两相交流电压v_α和v_β变换为两相旋转坐标系下的两相交流电压v_d和v_q所需的角度θ，以及所述两个差值依次经过两相旋转坐标系-两相静止坐标系变换和两相静止坐标系-两相旋转坐标系变换分别所需的角度θ和角度-θ。

7.根据权利要求4所述的抑制方法，其特征在于，所述第一带阻滤波器和第二带阻滤波器的阻带频率均为100Hz。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的抑制方法，其特征在于，所述根据柔性直流输电系统的运行状态选取交流电压的第一正序分量和第一负序分量，或者选取交流电压的第二正序分量和第二负序分量的步骤具体为：

判断柔性直流输电系统的运行状态；

若该运行状态为稳态运行状态，则选取交流电压的第一正序分量和第一负序分量；

若该运行状态为故障运行状态，则选取交流电压的第二正序分量和第二负序分量。