CN107565592B - 含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法具体步骤为：预设初始参考值；控制周期开始时，测量直流电压Udc、有功功率P以及交流电网的频率f；计算直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc；计算直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc；计算所需的有功功率附加值ΔPf；计算直流电压与有功功率的下垂偏差er；计算内环电流控制器所需的d轴参考电流idref；将d轴参考电流idref传输至内环电流控制器中计算直流出换流站所需的调制脉冲；等待下一个控制周期重复上述步骤。本发明采用上述控制方法在保留传统方法的功率分配特性和频率调节能力外，同时在过渡过程结束后将直流电压缓慢至设定值，提高多端柔性直流系统的可靠运行能力。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法。
背景技术
柔性直流技术是一种全新的输配电技术，它通过电压源换流器实现交流到直流的变化。由于电压源换流器利用I GBT等全控电力电子器件和脉宽调制技术，能够准确快速地控制电压源换流器交流侧电压幅值和相位，所以，从交流系统的角度看，电压源换流器可以等效成一个无转动惯量的电动机或发电机，几乎可以瞬时地在PQ四象限内实现有功功率和无功功率的独立控制。基于这个特性，电压源换流器没有无功补偿问题，可以为无源系统供电，占地面积小，适合构成多端直流系统和城市配电网互联目前，利用柔性直流技术功率快速调节功能快速响应分布式电源的功率波动特性，进一步消除分布式电源对电网产生的负面影响是电力工作者研究的一大热点，包括多端柔性直流系统及其在交流电网异步互联场合的应用。
已有用于交流电网异步互联的多端柔性直流系统主要实现异步隔离的功能，通常持续运行在预设的传输功率值，不响应交流电网的频率扰动，从而实现将交流系统故障限制在自身区域内的目标。但是这样实际上没有充分利用柔性直流功率快速可调的能力，对设备利用是一种浪费，此外在某些场合也不利于保持交流系统的稳定性。因此，现有技术中利用多端柔性直流实现互联交流电网的频率支援控制，其中一种典型的方法是含频率调节功能的下垂控制方法。其基本原理是在下垂控制器的参考功率设定值Pref上附加了一个与所接入交流电网频率偏差相关的功率分量，当交流电网发生频率扰动时，通过提升或降低参考功率值，直接调节交流电网频率。同时，在电压-功率下垂特性的作用下，直流电压也会响应的上下调节，并自然的传递到互联的其他换流站。这些换流站根据直流电压的变动改变输出功率，这样就实现了互联的各个交流系统同时支援发生频率扰动的交流系统，从整体上降低功率缺额引起的频率偏差。
但是由上述方法的工作原理决定达到稳态时，直流电压偏离其额定值，当频率扰动较大或直流负荷变化剧烈时，造成直流电压偏离额定值太大，中断柔性直流输电系统的正常工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，在保留传统方法的功率分配特性和频率调节能力外，同时在过渡过程结束后将直流电压缓慢至设定值，提高多端柔性直流系统的可靠运行能力。
为实现上述目的，本发明提供了一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，包括以下具体步骤：
S1：预设初始参考值；
S2：在一个控制周期开始时，测量柔性直流换流站的直流电压和有功功率并通过滤波器滤波，得到直流电压Udc和有功功率P，测量与所述柔性直流换流站连接交流电网的频率f；
S3：计算直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc；
S4：根据ΔUdc计算直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc；
S5：计算用于与所述柔性直流换流站连接交流电网的频率调节所需的有功功率附加值ΔPf；
S6：计算直流电压Udc和有功功率P的下垂偏差er；
S7：根据er计算柔性直流换流站内换流器中的内环电流控制器所需的d轴参考电流idref；
S8：将d轴参考电流idref传输至所述内环电流控制器中计算出柔性直流换流站所需的调制脉冲；
S9：等待下一个控制周期，重复步骤S2-S8。
优选的，步骤S1中所述初始参考值包括柔性直流换流站的直流电压参考值Udcref、有功功率参考值Pref、下垂系数KD、交流电网频率参考值fref以及q轴电流参考值iqref。
优选的，步骤S3中直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc计算公式为：ΔUdc＝Udcref-Udc。
优选的，步骤S4中直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc计算公式为：ΔPdc＝(Kp1+Ki1/s)ΔUdc，
其中s表示微分算子，KP1与Ki1分别为比例和积分控制系数，通常情况下，KP1的取值范围为0.5-1，Ki1的取值范围为1-2。
优选的，步骤S5中所需的有功功率附加值ΔPf计算公式为：ΔPf＝Kf(fref-f)
其中Kf为比例调节系数，Kf的取值范围为5-10。
优选的，所述步骤S6中所述下垂偏差er计算公式为：er＝ΔUdc-KD(Pref0+ΔPf+ΔPdc-P)，
其中，KD表示下垂控制的下垂系数，KD的取值范围通常在2-5。
优选的，所述内环电流控制器所需的d轴参考电流idref计算公式为：idref＝(Kp2+Ki2/s)er，
其中s表示微分算子，KP2与Ki2分别为比例和积分控制系数，KP2的取值范围为10-50，Ki2的取值范围为0.05-0.2。
优选的，将计算得出的idref和q轴电流参考值iqref输入所述内环电流控制器中得出所述柔性直流换流站所需的调制脉冲。
因此，本发明的技术特点及有益效果：本发明对传统的含频率调节功能的下垂控制器做了改进，在外环控制器中，有功功率参考值附加了一个与直流电压偏离设定值的偏差相关的增量，该增量可以在系统达到稳态后缓慢调整直流电压-有功功率下垂特性曲线的截距，最终可将直流电压恢复至运行人员设定的水平，防止所述换流器由于直流电压偏差引起的保护动作和运行中断，提高系统的安全可靠运行，使得此方法在保留传统方法的功率分配特性和频率调节能力外，同时在过渡过程结束后将直流电压缓慢至设定值，提高多端柔性直流系统的可靠运行能力。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法流程图；
图2为多端柔性直流输电系统结构示意图；
图3为传统含频率调节功能的下垂控制器结构图；
图4为本发明一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法结构图；
图5为本发明柔性直流换流站内环电流控制器结构图。
具体实施方式
实施例
图1为本发明一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法流程图，图2为多端柔性直流输电系统结构示意图，图3为传统含频率调节功能的下垂控制器结构图，图4为本发明一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法结构图，图5为本发明柔性直流换流站内环电流控制器结构图，如图1-5所示，一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，包括以下具体步骤：
S1：预设初始参考值，初始参考值包括柔性直流换流站的直流电压参考值Udcref、有功功率参考值Pref、下垂系数KD、交流电网频率参考值fref以及q轴电流参考值iqref；
S2：在一个控制周期开始时，测量柔性直流换流站的直流电压和有功功率并通过滤波器滤波，得到直流电压Udc和有功功率P，测量与所述柔性直流换流站连接交流电网的频率并通过滤波器滤波得到交流电网的频率f；
S3：计算直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc，直流电压Udc偏离设定值的偏差△Udc计算公式为：ΔUdc＝Udcref-Udc；
S4：根据ΔUdc计算直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc，直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc计算公式为：ΔPdc＝(Kp1+Ki1/s)ΔUdc，
其中s表示微分算子，KP1与Ki1分别为比例和积分控制系数，通常情况下，KP1的取值范围为0.5-1，Ki1的取值范围为1-2；
S5：计算用于与所述柔性直流换流站连接交流电网的频率调节所需的有功功率附加值ΔPf，所需的有功功率附加值ΔPf计算公式为：ΔPf＝Kf(fref-f)其中Kf为比例调节系数，Kf的取值范围为5-10；
S6：计算直流电压Udc和有功功率P的下垂偏差er，所述下垂偏差er计算公式为：er＝ΔUdc-KD(Pref0+ΔPf+ΔPdc-P)，其中，KD表示下垂控制的下垂系数，KD的取值范围通常在2-5；
S7：根据er计算柔性直流换流站内换流器中的内环电流控制器所需的d轴参考电流idref，内环电流控制器所需的d轴参考电流idref计算公式为：idref＝(Kp2+Ki2/s)er，
其中s表示微分算子，KP2与Ki2分别为比例和积分控制系数，KP2的取值范围为10-50，Ki2的取值范围为0.05-0.2；
S8：将d轴参考电流idref传输至所述内环电流控制器中计算出柔性直流换流站所需的调制脉冲，将计算得出的idref和q轴电流参考值iqref输入所述内环电流控制器中得出所述柔性直流换流站所需的调制脉冲；
S9：等待下一个控制周期，重复步骤S2-S8。
因此，本发明的技术特点及有益效果：本发明对传统的含频率调节功能的下垂控制器做了改进，在外环控制器中，有功功率参考值附加了一个与直流电压偏离设定值的偏差相关的增量，该增量可以在系统达到稳态后缓慢调整直流电压-有功功率下垂特性曲线的截距，最终可将直流电压恢复至运行人员设定的水平，防止所述换流器由于直流电压偏差引起的保护动作和运行中断，提高系统的安全可靠运行，使得此方法在保留传统方法的功率分配特性和频率调节能力外，同时在过渡过程结束后将直流电压缓慢至设定值，提高多端柔性直流系统的可靠运行能力。
以上是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不应局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此本发明的保护范围应以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
S1：预设初始参考值，所述初始参考值包括柔性直流换流站的直流电压参考值Udcref、有功功率参考值Pref、下垂系数KD、交流电网频率参考值fref以及q轴电流参考值iqref；
S2：在一个控制周期开始时，测量柔性直流换流站的直流电压和有功功率并通过滤波器滤波，得到直流电压Udc和有功功率P，测量与所述柔性直流换流站连接交流电网的频率f；
S3：计算直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc，直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc计算公式为：ΔUdc＝Udcref-Udc；
S4：根据ΔUdc计算直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc，直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc计算公式为：ΔPdc＝(Kp1+Ki1/s)ΔUdc，其中s表示微分算子，KP1与Ki1分别为比例和积分控制系数，KP1的取值范围为0.5-1，Ki1的取值范围为1-2；
S5：计算用于与所述柔性直流换流站连接交流电网的频率调节所需的有功功率附加值ΔPf；
S6：计算直流电压Udc和有功功率P的下垂偏差er；
S7：根据er计算柔性直流换流站内换流器中的内环电流控制器所需的d轴参考电流idref；
S8：将d轴参考电流idref传输至所述内环电流控制器中计算出柔性直流换流站所需的调制脉冲；
S9：等待下一个控制周期，重复步骤S2-S8。
2.根据权利要求1所述的一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，其特征在于：步骤S5中所需的有功功率附加值ΔPf计算公式为：ΔPf＝Kf(fref-f)
其中Kf为比例调节系数，Kf的取值范围为5-10。
3.根据权利要求2所述的一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，其特征在于：所述步骤S6中所述下垂偏差er计算公式为：er＝ΔUdc-KD(Pref0+ΔPf+ΔPdc-P)，
其中，KD表示下垂控制的下垂系数，KD的取值范围为2-5。
4.根据权利要求3所述的一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，其特征在于：所述内环电流控制器所需的d轴参考电流idref计算公式为：idref＝(Kp2+Ki2/s)er，
其中s表示微分算子，KP2与Ki2分别为比例和积分控制系数，KP2的取值范围为10-50，Ki2的取值范围为0.05-0.2。
5.根据权利要求4所述的一种含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，其特征在于：将计算得出的idref和q轴电流参考值iqref输入所述内环电流控制器中得出所述柔性直流换流站所需的调制脉冲。
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