CN108206533A - 一种柔性直流输电系统逆变站控制参数整定方法 - Google Patents

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杨彬佑
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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Abstract

本发明公开了一种柔性直流输电系统逆变站控制参数整定方法，主要包括：在柔性直流输电系统运行中，通过建立单端柔性直流输电系统小信号等效模型，分析了逆变站的整体控制特性对系统的稳定性影响，在此基础上，通过改变逆变站控制系统中外环时间常数T观察根轨迹变换情况，确定随时间常数T对系统稳定性的影响，因而可以通过改变时间常数T同时调整外环PI参数Kp1和Ki1,最后找到一组较好的PI参数，可以使系统满足各项性能指标。本发明所述柔性直流输电系统逆变站控制参数整定方法，解决了由于参数选取不当会造成系统暂态和动态响应性能欠佳的问题，提高了柔性直流输电系统运行的稳定性。

Description

一种柔性直流输电系统逆变站控制参数整定方法
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体地，涉及一种柔性直流输电 系统逆变站控制参数整定方法。
背景技术
在当前全球能源互联网迅速发展的新形势下，柔性直流输电 技术凭借其各项优势，现已经广泛用于电网互联，风电场并网，弱电 网及城市供电等领域，伴随着柔性直流输电工程的大量建设与投运， 其稳定性分析必将是确保系统稳定运行的基础。换流站控制器参数与 系统稳定性密切相关，参数选取不当会造成系统暂态和动态响应性能 欠佳，甚至造成系统不稳定现象。因而选取合适的控制参数对系统稳 定运行至关重要。
对于以上问题，现有几种解决方案：
1.建立了多端柔性直流输电系统小信号建模，并对其小扰动稳 定性进行分析,在建模过程中忽略了锁相环等环节。
2.建立了不受交流系统强度限制的柔性直流输电系统小信号 模型，并采用灵敏度分析法判定系统控制参数对稳定性影响大小。
3.建立了向弱电网供电的双端柔性直流系统小信号模型，并进 一步对其稳定性进行分析。
4.在同步旋转坐标系下，推导出了由整流器，逆变器和直流线 路等子系统模型并进行稳定性分析。
综上所述，现有的控制参数选取的方法各有优缺点，且以上 均以分析系统各个参数对系统稳定性影响为主，过程比较复杂，各个 控制参数对系统稳定性影响相互联系，过程中难免出现顾此失彼的情 况。因而，提出一种柔性直流输电系统逆变站控制参数整定的方法有 着重大的理论意义和工程应用价值。
发明内容
本发明提出了一种柔性直流输电逆变站控制参数整定方法， 本发明的目的是克服已有方法的不足，通过改变外环时间常数T来调 整PI参数，使系统满足各项性能指标，提高了柔性直流输电系统的 稳定性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种柔性直流 输电逆变站控制参数整定方法，其特征在于
1)首先，建立柔性直流系统单端小信号等效模型，在同步旋转 坐标系下构建逆变器及所连接的交流系统，控制器和直流线路的小信 号模型，
2)其次，建立状态空间方程，分析了逆变站的整体控制特性对 系统的稳定性影响，
3)最后，通过改变逆变站控制系统中外环时间常数T观察根轨 迹变换情况，确定随时间常数T对系统稳定性的影响，因而可以通过 改变时间常数T同时调整外环PI参数Kp1和Ki1,最后找到一组较好的 PI参数，可以使系统满足各项性能指标。
本发明的有益效果是：
对系统控制参数进行优化，提高了系统波形质量。用该参数整 定的方法代替了传统上盲目尝试的方法，可以提高工程效率，同时对 其他控制参数的整定也有一定的参考价值。
为了使本发明的技术方案，目的和优点更加清楚，下面结合附 图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为单端VSC-HVDC系统等效模型图；
图2为逆变站控制器结构框图；
图3为功率控制器等效图；
图4为VCS-HVDC系统随T减小的根轨迹示意图；
图5为VCS-HVDC系统直流电压波形图；
图6为调整参数后直流电压和功率变化波形图。
具体实施方式
以下结合附图对柔性直流输电系统分析及逆变站控制参数整 定方法进行说明。
图1为柔性直流输电系统的等效结构图，图2为柔性直流输 电系统逆变站控制器框图，逆变站采用定有功功率及定交流电压控制， 图中P*和us*为外环控制器的参考值；isd*和isq*为控制器输出调制信 号的dq分量。
外环有功功率及交流电压控制可以表示为：
在PCC点的有功功率可表示为：
内环电流控制器可表示为：
从图2建立了柔性直流输电系统控制器的小信号模型，分析 了逆变站的整体控制特性对系统的稳定性影响。图3为功率控制器等 效图，图中T为电压控制器的响应时间，ξ为阻尼比,由图5可以得到 有功功率控制闭环传递函数，可表示为式(4)，考虑到二阶系统闭环 传递函数的标准形式，如式(5)所示。对比这两个传递函数，即可 得到电压环控制参数Kp1和功率环采样周期Tp与其响应时间常数T 和阻尼比ξ的关系。
为了能实现控制，需要将阻尼比ξ设置为大于或等于1当ξ＝1 时，功率环控制参数Kp1和Tp与其响应时间常数T的关系如下：
根据式(6)，通过改变外环时间常数T,观察系统根轨迹变化 情况，确定随时间常数T对系统稳定性影响，因而可以通过改变时间 常数T同时调整外环Kp1和Ki1，使系统满足各性能指标。图4为 VCS-HVDC系统随T减小的根轨迹示意图，通过图4可以看出，随 着时间常数T的不断减小，主导极点实部有负有正，相当于功率负荷 恢复的越快，系统稳定性越弱。图5为VCS-HVDC系统直流电压波 形图，由图5可得到当PI参数随时间常数T的减小而增大时，系统 直流电压由稳定转变为振荡。由此可得，弱交流电网下，功率控制环 响应速度越快，系统侧功率恢复速度越快，系统稳定性越弱。图6为 调整参数后直流电压和功率变化波形图，由图可知，调整参数后稳定 速度大大加快，超调量减小，并消除了静差，波纹更小。从波形可以 看出。本文提出的逆变站控制参数整定方法的可行性。
以上实施仅用以说明发明，很明显本发明不受这些实施例的 限制，本领域的普通技术人员任何基于本发明的实质内容的修改，变 形或等同替换，均涵盖在本发明权利要求范围当中。
本说明书中未作详细描述内容属于本领域专业技术人员公知 的现有技术。

Claims (1)

1.一种柔性直流输电系统逆变站控制参数整定方法，其特征在于，主要包括：在设计控制参数初始值后，通过改变逆变站控制系统中外环时间常数T观察根轨迹变换情况，确定随时间常数T对系统稳定性的影响，因而可以通过改变时间常数T同时调整外环PI参数Kp1和Ki1,最后找到一组较好的PI参数，可以使系统满足各项性能指标，提高了柔性直流输电系统运行的稳定性。
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