CN108173278A - 新能源vsg调频的直流电压控制装置、方法及优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开新能源VSG调频的直流电压控制装置、方法及优化方法，所述装置包括：主电路，第一锁相环，参考功率计算模块，直流电压优化模块，第一比较器，第一调节器，送端有功/无功确定模块，第二锁相环，第一虚拟同步发电机确定模块，第二比较器，第二调节器，受端有功/无功确定模块，第三锁相环，第二虚拟同步发电机确定模块；本发明先根据电网频率确定直流线路的参考功率设定值；然后根据参考功率设定值确定第一直流电压参考值和第二直流电压参考值；最后根据第一直流电压参考值和第二直流电压参考值间接调整送端整流站和受端逆变站，以保证送端整流站和受端逆变站在安全阈值范围内工作，防止直流侧电压超过安全阈值。

Description

新能源VSG调频的直流电压控制装置、方法及优化方法

技术领域

本发明涉及调频控制技术领域，特别是涉及新能源VSG调频的直流电压控制装置、方法及优化方法。

背景技术

新能源因其无污染、可持续的优点，被认为是应对能源危机和环境污染的有效解决办法。然而，新能源富集区域一般远离负荷中心，尤其是在中国，能源资源逆向分布问题十分严重。为了有效利用西部地区的风能和太阳能，必须发展远距离大容量输电技术，其中，基于电压源型换流器的高压直流输电技术(VSC-HVDC)因经济性和有功无功独立可控性而得到了广泛应用。

在VSC-HVDC系统中，送端交流系统虽然能够为受端电网提供电能，但两端交流系统被直流线路解耦，导致受端电网的频率变化情况无法被送端系统感知。如果受端电网出现扰动，而送端不能根据其频率变化作出相应调整，将不利于受端电网的稳定运行。

目前国内根据上述问题设计了多种控制方法，如利用受端换流器直流侧电容为系统提供惯性响应；将受端电网的频率变化通过通讯系统传递给送端换流器；或者将受端电网的频差转化为直流电压差信号进行传递等等。以上现有方法均没有考虑交流侧输出功率和直流侧的相互影响，因此容易造成直流侧电压超过安全阈值。

发明内容

本发明的目的是提供新能源VSG调频的直流电压控制装置、方法及优化方法，以保证两端直流电压在安全阈值范围内工作。

为实现上述目的，本发明提供一种新能源VSG调频的直流电压控制装置，所述直流电压控制装置包括：

主电路，所述主电路包括送端整流站、直流线路、受端逆变站、受端电网，用于产生受端电网的电压值、直流线路的第一直流电压测量值和第二直流电压测量值、送端整流站的第一三相电流和第一三相电压、受端逆变站的第二三相电流和第二三相电压；

第一锁相环，与所述受端逆变站相连，用于根据所述受端电网的电压值确定电网频率；

参考功率计算模块，与所述第一锁相环相连，用于根据所述电网频率确定直流线路的参考功率设定值；

直流电压优化模块，与所述参考功率计算模块相连，用于根据所述直流线路的参考功率设定值确定所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值；

第一比较器，所述第一比较器的正输入端与所述直流线路相连，所述第一比较器的负输入端与所述直流电压优化模块相连，用于根据所述第一直流电压参考值和所述第一直流电压测量值确定第一电压误差；

第一调节器，与所述第一比较器的输出端相连，用于根据所述第一电压误差确定第一有功功率设定值；

送端有功/无功确定模块，与所述送端整流站相连，用于根据所述第一三相电流和所述第一三相电压确定第一有功功率计算值和第一无功功率计算值；

第二锁相环，与所述送端整流站相连，用于根据所述第一三相电压确定第一角频率；

第一虚拟同步发电机确定模块，分别与所述送端有功/无功确定模块、所述第二锁相环、所述第一调节器、所述送端整流站相连，用于根据所述第一有功功率计算值、所述第一无功功率计算值、所述第一角频率、所述第一有功功率设定值确定第一PWM脉冲信号，进而控制主电路的送端整流站；

第二比较器，所述第二比较器的正输入端与所述直流线路相连，所述第二比较器的负输入端与所述直流电压优化模块相连，用于根据第二直流电压参考值和第二直流电压测量值确定第二电压误差；

第二调节器，与所述第二比较器的输出端相连，用于根据所述第二电压误差确定第二有功功率设定值；

受端有功/无功确定模块，与所述受端逆变站相连，用于根据所述第二三相电流和所述第二三相电压确定第二有功功率计算值和第二无功功率计算值；

第三锁相环，与所述受端逆变站相连，用于根据所述第二三相电压确定第二角频率；

第二虚拟同步发电机确定模块，分别与所述受端有功/无功确定模块、所述第三锁相环、所述第二调节器、所述受端逆变站相连，用于根据所述第二有功功率计算值、所述第二无功功率计算值、所述第二角频率、所述第二有功功率设定值确定第二PWM脉冲信号，进而控制主电路的受端逆变站。

可选的，所述参考功率计算模块，具体公式为：

其中，P^*为直流线路的参考功率设定值，P₀为直流线路的额定传输功率，K_I为同步发电机的转子惯量，K_P为参与受端电网一次调频的能力，f为电网频率，f₀为电网的额定频率。

可选的，所述直流电压优化模块，具体公式为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值，为受端逆变站的第二直流电压参考值，为送端整流站的直流电压稳态值，为受端逆变站的直流电压稳态值，为送端整流站的安全阈值范围，为受端逆变站的安全阈值范围，R为直流线路的电阻，P^*为直流线路的参考功率设定值。

可选的，所述第一调节器和所述第二调节器均为PI调节器。

本发明还提供一种新能源VSG调频的直流电压控制方法，所述方法包括：

获取初始参数；所述初始参数包括受端电网的电压值、直流线路的第一直流电压测量值和第二直流电压测量值、送端整流站的第一三相电流和第一三相电压、受端逆变站的第二三相电流和第二三相电压；

根据所述受端电网的电压值确定电网频率；

根据所述电网频率确定直流线路的参考功率设定值；

根据所述直流线路的参考功率设定值确定所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值；

根据所述第一直流电压参考值和所述第一直流电压测量值确定第一电压误差；

根据所述第一电压误差确定第一有功功率设定值；

根据所述第一三相电流和所述第一三相电压确定第一有功功率计算值和第一无功功率计算值；

根据所述第一三相电压确定第一角频率；

根据所述第一有功功率计算值、所述第一无功功率计算值、所述第一角频率、所述第一有功功率设定值确定第一PWM脉冲信号，进而控制主电路的送端整流站；

根据第二直流电压参考值和第二直流电压测量值确定第二电压误差；

根据所述第二电压误差确定第二有功功率设定值；

根据所述第二三相电流和所述第二三相电压确定第二有功功率计算值和第二无功功率计算值；

根据所述第二三相电压确定第二角频率；

根据所述第二有功功率计算值、所述第二无功功率计算值、所述第二角频率、所述第二有功功率设定值确定第二PWM脉冲信号，进而控制主电路的受端逆变站。

可选的，所述根据所述电网频率确定直流线路的参考功率设定值，具体公式为：

其中，P^*为直流线路的参考功率设定值，P₀为直流线路的额定传输功率，K_I为同步发电机的转子惯量，K_P为参与受端电网一次调频的能力，f为电网频率，f₀为电网的额定频率。

可选的，所述根据所述直流线路的参考功率设定值确定所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值，具体公式为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值，为受端逆变站的第二直流电压参考值，为送端整流站的直流电压稳态值，为受端逆变站的直流电压稳态值，为送端整流站的安全阈值范围，为受端逆变站的安全阈值范围，R为直流线路的电阻，P^*为直流线路的参考功率设定值。

本发明还提供一种新能源VSG调频的直流电压控制优化方法，所述优化方法包括：

对直流电压控制进行优化分析；

根据所述优化分析确定直流电压控制的目标函数；

设置所述目标函数的约束条件；

根据所述目标函数和所述约束条件，建立直流电压控制的优化模型；

根据所述优化模型确定直流电压控制的最优目标函数值；

根据所述最优目标函数值确定与所述最优目标函数值对应的操作；

根据所述操作进行调整。

可选的，所述根据所述优化分析确定直流电压控制的目标函数，具体公式为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值，为受端逆变站的第二直流电压参考值，为送端整流站的直流电压稳态值，为受端逆变站的直流电压稳态值。

可选的，所述设置所述目标函数的约束条件，具体公式为：

其中，为送端整流站的安全阈值范围，为受端逆变站的安全阈值范围，R为直流线路的电阻，P^*为直流线路的参考功率设定值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明首先根据电网频率确定直流线路的参考功率设定值；然后根据所述直流线路的参考功率设定值确定所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值；最后根据所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值间接调整送端整流站和受端逆变站，以保证送端整流站和受端逆变站在安全阈值范围内工作，防止直流侧电压超过安全阈值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例现有电压源型换流器的高压直流输电拓扑结构图；

图2为本发明实施例直流电压控制装置结构图；

图3为本发明实施例求解示意图；

图4为本发明实施例直流电压控制方法流程图；

图5为本发明实施例直流电压控制优化方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供新能源VSG调频的直流电压控制装置、方法及优化方法，以保证两端直流电压在安全阈值范围内工作。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

现有电压源型换流器的高压直流输电VSC-HVDC拓扑结构如图1所示：电压源型换流器的高压直流输电VSC-HVDC系统包括直流线路HVDC、送端整流站、受端逆变站和受端电网，送端整流站工作在整流模式，受端逆变站工作在逆变模式，电能由送端整流站经直流线路HVDC向受端逆变站进行传输。

送端整流站和受端逆变站的控制对于HVDC系统的正常运行具有重要的意义。通常采用基于d-q旋转坐标系对送端整流站和受端逆变站实现双环控制。外环根据控制目标的不同，有多种控制方式。有功类控制中，有恒直流电压控制、恒频控制、恒有功控制等，无功类控制中，有恒交流电压幅值控制，恒无功功率控制等。为了维持直流系统的功率平衡，送端整流站和受端逆变站中至少有一端采用恒直流电压控制，另一端采用恒有功功率控制，根据功率指令向系统注入有功。内环采用电流控制，有功和无功电流参考值由外环产生，内环利用PI调节器实现对参考电流的跟踪。

如前所述，送端整流站和受端逆变站被直流线路HVDC隔开，互相无法感知彼此的频率变化情况，通过受端逆变站向受端电网注入的有功功率可视为不变。对于受端电网而言，其负荷由同步虚拟发电机VSG和HVDC系统共同供电。当电网出现扰动，比如负荷突然增加时，系统频率会降低，同步虚拟发电机的转子会降低自身转速以释放储存的动能，为电网提供惯性支撑；同时，随着频差的增大，调速器开始动作，能够使新能源发电机输出功率增加，通过消除功率缺额来减小频率偏差。然而，与HVDC连接的送端整流站和受端逆变站不具备类似于同步发电机参与电网频率调节的能力。随着新能源的渗透率不断提升，HVDC供电的比例不断增加，亟需解决送端整流站和受端逆变站能够对受端电网的频率变化作出反应，并通过调整HVDC系统的传输功率为受端电网提供频率支撑。

针对上述问题，如图2所示，本发明提供一种新能源VSG调频的直流电压控制装置，所述直流电压控制装置包括：

主电路，所述主电路包括送端整流站、直流线路、受端逆变站、受端电网，用于产生受端电网的电压值v_abc、直流线路的第一直流电压测量值V_dc1和第二直流电压测量值V_dc2、送端整流站的第一三相电流i_abc1和第一三相电压u_abc1、受端逆变站的第二三相电流i_abc2和第二三相电压u_abc2。

第一锁相环，与所述受端逆变站相连，用于根据所述受端电网的电压值v_abc确定电网频率f。

参考功率计算模块，与所述第一锁相环相连，用于根据所述电网频率f确定直流线路的参考功率设定值P^*。

直流电压优化模块，与所述参考功率计算模块相连，用于根据所述直流线路的参考功率设定值P^*确定所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值

第一比较器，所述第一比较器的正输入端与所述直流线路相连，所述第一比较器的负输入端与所述直流电压优化模块相连，用于根据所述第一直流电压参考值和所述第一直流电压测量值V_dc1确定第一电压误差ΔV₁。

第一调节器，与所述第一比较器的输出端相连，用于根据所述第一电压误差ΔV₁确定第一有功功率设定值T_m1。

送端有功/无功确定模块，与所述送端整流站相连，用于根据所述第一三相电流i_abc1和所述第一三相电压u_abc1确定第一有功功率计算值T_e1和第一无功功率计算值Q_e1。

第二锁相环，与所述送端整流站相连，用于根据所述第一三相电压u_abc1确定第一角频率ω₁。

第一虚拟同步发电机确定模块，分别与所述送端有功/无功确定模块、所述第二锁相环、所述第一调节器、所述送端整流站相连，用于根据所述第一有功功率计算值T_e1、所述第一无功功率计算值Q_e1、所述第一角频率ω₁、所述第一有功功率设定值T_m1确定第一PWM脉冲信号，进而控制主电路的送端整流站。

第二比较器，所述第二比较器的正输入端与所述直流线路相连，所述第二比较器的负输入端与所述直流电压优化模块相连，用于根据第二直流电压参考值和第二直流电压测量值V_dc2确定第二电压误差ΔV₂。

第二调节器，与所述第二比较器的输出端相连，用于根据所述第二电压误差ΔV₂确定第二有功功率设定值T_m2。

受端有功/无功确定模块，与所述受端逆变站相连，用于根据所述第二三相电流i_abc2和所述第二三相电压u_abc2确定第二有功功率计算值T_e2和第二无功功率计算值Q_e2。

第三锁相环，与所述受端逆变站相连，用于根据所述第二三相电压u_abc2确定第二角频率ω₂。

第二虚拟同步发电机确定模块，分别与所述受端有功/无功确定模块、所述第三锁相环、所述第二调节器、所述受端逆变站相连，用于根据所述第二有功功率计算值T_e2、所述第二无功功率计算值Q_e2、所述第二角频率ω₂、所述第二有功功率设定值T_m2确定第二PWM脉冲信号，进而控制主电路的受端逆变站。

本发明所述参考功率计算模块的具体公式为：

其中，P^*为直流线路的参考功率设定值，P₀为直流线路的额定传输功率，K_I为同步发电机的转子惯量，K_P为参与受端电网一次调频的能力，f为电网频率，f₀为电网的额定频率。

K_I和K_P这两个参数决定了VSC-HVDC为受端电网提供惯性支撑和参与其一次调频的能力，具体选取方法如下：

同步发电机对交流电网的惯性贡献主要用惯性时间常数来衡量，其表达式为：

其中，J_SG为同步发单机转子的转动惯量，Ω₀为转子的额定转速，S_n为同步发电机的额定容量，T_J为同步发电机的电磁转矩。

假设同步发电机的极对数为p，电角速度ω、机械角速度Ω和电网频率f的关系可表示为：

ω＝pΩ＝2πf(3)；

储存在同步发电机转子内部的动能为：

其中，J_SG是同步发单机转子的转动惯量；Ω为机械角速度。

当电网频率发生变化，转子释放的能量大小为：

其中，f₀为电网额定频率，J_SG是同步发单机转子的转动惯量，Ω₀是转子的额定转速，S_n是同步发电机的额定容量，Ω为机械角速度，f为电网频率，T_J为同步发电机的电磁转矩。

通过与(1)式相比可知，K_I的选取方法为：

其中，S_n为同步发电机的额定容量，f₀为电网额定频率，T_J为同步发电机的电磁转矩，对于同步发电机而言，T_J的典型值为2～10s，据此可以调整K_I的大小。

K_p的选取方法为：

其中，ΔP_max为VSC-HVDC系统中用于调频的备用容量最大值，Δf_max为电网的频率偏差最大允许值。

本发明所述直流电压优化模块的具体公式为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值，为受端逆变站的第二直流电压参考值，为送端整流站的直流电压稳态值，为受端逆变站的直流电压稳态值，为送端整流站的安全阈值范围，为受端逆变站的安全阈值范围，R为直流线路的电阻，P^*为直流线路的参考功率设定值。

所述直流电压优化模块的优化目标是最小化和的偏差及和的偏差之和。这个优化目标的物理意义可以从两个方面理解。第一，电压设定值和实际值的偏差越小，需要的调节时间越短，HVDC传输功率跟踪到设定值的时间也越短；第二，直流电压在额定值下性能最好，过大的电压偏差可能不利于直流电容的正常工作。上述模型的第一个约束保证了传输功率与有功设定值相等，后面两个约束限制了直流电压在安全范围内。

用一般的方法求解上述优化模型可能比较繁琐。实际上，如果将上述优化模型画在V_dc1-V_dc2的二维图上，其优化目标和约束都具有清晰和明确的几何意义，可根据简单的几何知识进行求解。如图3所示。

在图3中，分别为送端整流站和受端逆变站的直流电压的稳态值；曲线是根据公式8得到的；灰色区域为两个约束的交集。而优化目标的物理意义为：在灰色区域内的线条上寻找一个点，使其到的距离最短。由几何知识可知，当此点与的连线与此点的切线垂直时，所得的点即为要求取的两端的直流电压参考值坐标，即所求的点为下面将给出简要的求解过程。

设所求的点为其切线斜率可通过公式8中的第二个公式计算得到，其表达式为：

其中，P^*为直流线路的参考功率设定值；为受端逆变站的第二直流电压参考值；R为直流线路的电阻。

而所求点与初始电压对应的点的连线的斜率为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值；为受端逆变站的第二直流电压参考值；为送端整流站的直流电压稳态值；为受端逆变站的直流电压稳态值。

由所求点的切线和其与初始电压对应的点的连线垂直，可得：

k₁k₂＝-1(11)；

将式(9)和式(10)代入式(11)，并结合公式(8)中的第一个公式，可得：

在实际运行中，直流线路电阻非常小，两端电压相差不大，可以认为据此式可化为：

上式的物理意义为，和之间的偏差与和之间的偏差的绝对值相等。优化模型的最终计算结果为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值；为受端逆变站的第二直流电压参考值；为送端整流站的直流电压稳态值；为受端逆变站的直流电压稳态值；R为直流线路的电阻；P^*为直流线路的参考功率设定值。

本发明中所述第一调节器和所述第二调节器均为PI调节器。

图4为本发明实施例直流电压控制方法流程图，如图4所示，本发明还提供一种新能源VSG调频的直流电压控制方法，所述方法包括：

步骤401：获取受端电网的电压值v_abc、直流线路的第一直流电压测量值V_dc1和第二直流电压测量值V_dc2、送端整流站的第一三相电流i_abc1和第一三相电压u_abc1、受端逆变站的第二三相电流i_abc2和第二三相电压u_abc2。

步骤402：根据所述受端电网的电压值v_abc确定电网频率f。

步骤403：根据所述电网频率f确定直流线路的参考功率设定值P^*；具体公式为：

其中，P^*为直流线路的参考功率设定值，P₀为直流线路的额定传输功率，K_I为同步发电机的转子惯量，K_P为参与受端电网一次调频的能力，f为电网频率，f₀为电网的额定频率。

步骤404：根据所述直流线路的参考功率设定值P^*确定所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值所述根据所述直流线路的参考功率设定值P^*确定所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值具体公式为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值，为受端逆变站的第二直流电压参考值，为送端整流站的直流电压稳态值，为受端逆变站的直流电压稳态值，为送端整流站的安全阈值范围，为受端逆变站的安全阈值范围，R为直流线路的电阻，P^*为直流线路的参考功率设定值。

步骤405：根据所述第一直流电压参考值和所述第一直流电压测量值V_dc1确定第一电压误差ΔV₁。

步骤406：根据所述第一电压误差ΔV₁确定第一有功功率设定值T_m1。

步骤407：根据所述第一三相电流i_abc1和所述第一三相电压u_abc1确定第一有功功率计算值T_e1和第一无功功率计算值Q_e1。

步骤408：根据所述第一三相电压u_abc1确定第一角频率ω₁。

步骤409：根据所述第一有功功率计算值T_e1、所述第一无功功率计算值Q_e1、所述第一角频率ω₁、所述第一有功功率设定值T_m1确定第一PWM脉冲信号，进而控制主电路的送端整流站。

步骤410：根据第二直流电压参考值和第二直流电压测量值V_dc2确定第二电压误差ΔV₂。

步骤411：根据所述第二电压误差ΔV₂确定第二有功功率设定值T_m2。

步骤412：根据所述第二三相电流i_abc2和所述第二三相电压u_abc2确定第二有功功率计算值T_e2和第二无功功率计算值Q_e2。

步骤413：根据所述第二三相电压u_abc2确定第二角频率ω₂。

步骤414：根据所述第二有功功率计算值T_e2、所述第二无功功率计算值Q_e2、所述第二角频率ω₂、所述第二有功功率设定值T_m2确定第二PWM脉冲信号，进而控制主电路的受端逆变站。

图5为本发明实施例直流电压控制优化方法流程图，如图5所示，本发明还提供一种新能源VSG调频的直流电压控制优化方法，所述优化方法包括：

步骤501：对直流电压控制进行优化分析。

步骤502：根据所述优化分析确定直流电压控制的目标函数。

步骤503：设置所述目标函数的约束条件。

步骤504：根据所述目标函数和所述约束条件，建立直流电压控制的优化模型。

步骤505：根据所述优化模型确定直流电压控制的最优目标函数值。

步骤506：根据所述最优目标函数值确定与所述最优目标函数值对应的操作。

步骤507：根据所述操作进行调整。

下面对各个步骤进行具体分析：

步骤501：对直流电压控制进行优化分析，具体包括：

以图1为例进行分析，忽略送端整流站、受端逆变站和变压器的损耗，送端整流站经直流线路HVDC传输至受端电网的有功功率可表示为：

其中，C为受端逆变站直流侧的等效电容，P为受端电网的有功功率，R为直流线路电阻，V_dc1为直流线路的第一直流电压测量值和V_dc2为直流线路的第二直流电压测量值。由于电容电压可调范围小(±10％)，且调整速度快，因此上式中电容电压微分项很快变为0，可近似认为传输功率为：

传输功率取决于送端整流站和受端逆变站的直流电压大小，可以通过控制直流电压V_dc1或V_dc2以实现传输功率对式所示的功率设定值的跟踪。然而，只单独控制V_dc1或V_dc2会限制VSC-HVDC调频的能力，而且会降低传输功率调整的速度。具体而言，假设送端整流站和受端逆变站的直流电压稳态值分别为和而且其安全范围分别为和不同调整模式下，用于调频的有功功率最大值分别为：

上式取最值的物理意义为：当只调V_dc1时，将V_dc1调至上限，传输功率最大；当只调V_dc2时，将V_dc2调至下限，传输功率最大；当同时调整V_dc1和V_dc2时，将V_dc1调至上限，V_dc2调至下限时，传输功率最大。由式(17)可知，当时，为了比较P₁ ^max和需要对(16)求V_dc2的偏导，即

一般而言，直流线路电阻R非常小，因此V_dc1和V_dc2之间的差别不大，故有据此可知，当时，

根据上述分析可知，同时调整V_dc1和V_dc2不仅加快传输功率的调整速度，而且功率的调整范围也有所扩大，因此，本发明同时调整送端整流站和受端逆变站的直流电压。

步骤502：所述根据所述优化分析确定直流电压控制的目标函数，具体公式为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值，为受端逆变站的第二直流电压参考值，为送端整流站的直流电压稳态值，为受端逆变站的直流电压稳态值。

步骤503：所述设置所述目标函数的约束条件，具体公式为：

其中，为送端整流站的安全阈值范围，为受端逆变站的安全阈值范围，R为直流线路的电阻，P^*为直流线路的参考功率设定值。

步骤504：根据所述目标函数和所述约束条件，建立直流电压控制的优化模型；具体公式为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值，为受端逆变站的第二直流电压参考值，为送端整流站的直流电压稳态值，为受端逆变站的直流电压稳态值，为送端整流站的安全阈值范围，为受端逆变站的安全阈值范围，R为直流线路的电阻，P^*为直流线路的参考功率设定值。

步骤505：根据所述优化模型确定直流电压控制的最优目标函数值；所述最优目标函数值为目标函数最小值。

步骤506：根据所述最优目标函数值确定与所述最优目标函数值对应的操作；具体包括：确定所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值

步骤507：根据所述操作进行调整；具体包括：根据所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值间接调整送端整流站和受端逆变站，以保证送端整流站和受端逆变站在安全阈值范围内工作，防止直流侧电压超过安全阈值。

本发明中的直流线路HVDC的传输有功功率的大小由送端整流站和受端逆变站的两侧直流侧电压决定，根据直流线路HVDC传输有功与两端换流器直流侧电压的关系，提出了同时调整HVDC两端直流侧电压的控制方法。建立了求解两端直流侧电压的优化模型，并给出了优化模型的计算方法，同时，借助VSG技术实现了直流电压的无差跟踪控制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.新能源VSG调频的直流电压控制装置，其特征在于，所述直流电压控制装置包括：

主电路，所述主电路包括送端整流站、直流线路、受端逆变站、受端电网，用于产生受端电网的电压值、直流线路的第一直流电压测量值和第二直流电压测量值、送端整流站的第一三相电流和第一三相电压、受端逆变站的第二三相电流和第二三相电压；

第一锁相环，与所述受端逆变站相连，用于根据所述受端电网的电压值确定电网频率；

参考功率计算模块，与所述第一锁相环相连，用于根据所述电网频率确定直流线路的参考功率设定值；

直流电压优化模块，与所述参考功率计算模块相连，用于根据所述直流线路的参考功率设定值确定所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值；

第一比较器，所述第一比较器的正输入端与所述直流线路相连，所述第一比较器的负输入端与所述直流电压优化模块相连，用于根据所述第一直流电压参考值和所述第一直流电压测量值确定第一电压误差；

第一调节器，与所述第一比较器的输出端相连，用于根据所述第一电压误差确定第一有功功率设定值；

送端有功/无功确定模块，与所述送端整流站相连，用于根据所述第一三相电流和所述第一三相电压确定第一有功功率计算值和第一无功功率计算值；

第二锁相环，与所述送端整流站相连，用于根据所述第一三相电压确定第一角频率；

第一虚拟同步发电机确定模块，分别与所述送端有功/无功确定模块、所述第二锁相环、所述第一调节器、所述送端整流站相连，用于根据所述第一有功功率计算值、所述第一无功功率计算值、所述第一角频率、所述第一有功功率设定值确定第一PWM脉冲信号，进而控制主电路的送端整流站；

第二比较器，所述第二比较器的正输入端与所述直流线路相连，所述第二比较器的负输入端与所述直流电压优化模块相连，用于根据第二直流电压参考值和第二直流电压测量值确定第二电压误差；

第二调节器，与所述第二比较器的输出端相连，用于根据所述第二电压误差确定第二有功功率设定值；

受端有功/无功确定模块，与所述受端逆变站相连，用于根据所述第二三相电流和所述第二三相电压确定第二有功功率计算值和第二无功功率计算值；

第三锁相环，与所述受端逆变站相连，用于根据所述第二三相电压确定第二角频率；

第二虚拟同步发电机确定模块，分别与所述受端有功/无功确定模块、所述第三锁相环、所述第二调节器、所述受端逆变站相连，用于根据所述第二有功功率计算值、所述第二无功功率计算值、所述第二角频率、所述第二有功功率设定值确定第二PWM脉冲信号，进而控制主电路的受端逆变站。

2.根据权利要求1所述的直流电压控制装置，其特征在于，所述参考功率计算模块，具体公式为：

其中，P^*为直流线路的参考功率设定值，P₀为直流线路的额定传输功率，K_I为同步发电机的转子惯量，K_P为参与受端电网一次调频的能力，f为电网频率，f₀为电网的额定频率。

3.根据权利要求1所述的直流电压控制装置，其特征在于，所述直流电压优化模块，具体公式为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值，为受端逆变站的第二直流电压参考值，为送端整流站的直流电压稳态值，为受端逆变站的直流电压稳态值，为送端整流站的安全阈值范围，为受端逆变站的安全阈值范围，R为直流线路的电阻，P^*为直流线路的参考功率设定值。

4.根据权利要求1所述的直流电压控制装置，其特征在于，所述第一调节器和所述第二调节器均为PI调节器。

5.新能源VSG调频的直流电压控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至权利要求4任一项所述的直流电压控制装置，所述方法包括：

获取初始参数；所述初始参数包括受端电网的电压值、直流线路的第一直流电压测量值和第二直流电压测量值、送端整流站的第一三相电流和第一三相电压、受端逆变站的第二三相电流和第二三相电压；

根据所述受端电网的电压值确定电网频率；

根据所述电网频率确定直流线路的参考功率设定值；

根据所述直流线路的参考功率设定值确定所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值；

根据所述第一直流电压参考值和所述第一直流电压测量值确定第一电压误差；

根据所述第一电压误差确定第一有功功率设定值；

根据所述第一三相电流和所述第一三相电压确定第一有功功率计算值和第一无功功率计算值；

根据所述第一三相电压确定第一角频率；

根据所述第一有功功率计算值、所述第一无功功率计算值、所述第一角频率、所述第一有功功率设定值确定第一PWM脉冲信号，进而控制主电路的送端整流站；

根据第二直流电压参考值和第二直流电压测量值确定第二电压误差；

根据所述第二电压误差确定第二有功功率设定值；

根据所述第二三相电流和所述第二三相电压确定第二有功功率计算值和第二无功功率计算值；

根据所述第二三相电压确定第二角频率；

根据所述第二有功功率计算值、所述第二无功功率计算值、所述第二角频率、所述第二有功功率设定值确定第二PWM脉冲信号，进而控制主电路的受端逆变站。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述电网频率确定直流线路的参考功率设定值，具体公式为：

其中，P^*为直流线路的参考功率设定值，P₀为直流线路的额定传输功率，K_I为同步发电机的转子惯量，K_P为参与受端电网一次调频的能力，f为电网频率，f₀为电网的额定频率。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述直流线路的参考功率设定值确定所述送端整流站的第一直流电压参考值和所述受端逆变站的第二直流电压参考值，具体公式为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值，为受端逆变站的第二直流电压参考值，为送端整流站的直流电压稳态值，为受端逆变站的直流电压稳态值，为送端整流站的安全阈值范围，为受端逆变站的安全阈值范围，R为直流线路的电阻，P^*为直流线路的参考功率设定值。

8.新能源VSG调频的直流电压控制优化方法，其特征在于，所述优化方法包括：

对直流电压控制进行优化分析；

根据所述优化分析确定直流电压控制的目标函数；

设置所述目标函数的约束条件；

根据所述目标函数和所述约束条件，建立直流电压控制的优化模型；

根据所述优化模型确定直流电压控制的最优目标函数值；

根据所述最优目标函数值确定与所述最优目标函数值对应的操作；

根据所述操作进行调整。

9.根据权利要求8所述的优化方法，其特征在于，所述根据所述优化分析确定直流电压控制的目标函数，具体公式为：

其中，为送端整流站的第一直流电压参考值，为受端逆变站的第二直流电压参考值，为送端整流站的直流电压稳态值，为受端逆变站的直流电压稳态值。

10.根据权利要求9所述的优化方法，其特征在于，所述设置所述目标函数的约束条件，具体公式为：

其中，为送端整流站的安全阈值范围，为受端逆变站的安全阈值范围，R为直流线路的电阻，P^*为直流线路的参考功率设定值。