CN108333951A - 一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法 - Google Patents

一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108333951A
CN108333951A CN201810240151.2A CN201810240151A CN108333951A CN 108333951 A CN108333951 A CN 108333951A CN 201810240151 A CN201810240151 A CN 201810240151A CN 108333951 A CN108333951 A CN 108333951A
Authority
CN
China
Prior art keywords
control
converter valve
signal generator
signal
test loop
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810240151.2A
Other languages
English (en)
Inventor
任思源
李艳军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baoji University of Arts and Sciences
Original Assignee
Baoji University of Arts and Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baoji University of Arts and Sciences filed Critical Baoji University of Arts and Sciences
Priority to CN201810240151.2A priority Critical patent/CN108333951A/zh
Publication of CN108333951A publication Critical patent/CN108333951A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其是一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法，首先将重复控制信号发生器数字化，在反馈信号中加入Q(z)，将离散重复信号发生器的N个极点拉入单位圆圆周内，提高重复信号发生器的稳定性，得到重复信号发生器的脉冲传递函数；然后将重复控制器引入控制环路中，实现对被控对象的控制。为了保证控制系统的稳定性，必须加入补偿环节用于补偿环节krGf(z)用于补偿被控对象的幅频特性和相频特性。通常补偿环节为超前特性。本发明方法的重复信号发生器将误差输入e(k)进行计算输出，当输入误差为零时，重复信号发生器的输出信号e1(k)达到稳态并仍然具有不为零的输出，从而实现对输入信号的无静差跟踪。

Description

一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法。
背景技术
采用模块化多电平换流器(MMC)结构的柔性直流输电技术可以实现输电线路有功和无功的独立控制；可以向无源负荷供电，不需要交流电网支撑换相；可以实现换流站的独立控制与运行，不需要站间通信；而且具有输出谐波含量小，占地面积小等优势。正是这些技术优势，使得柔性直流输电技术十分适用于多端直流输电、清洁能源并网、异步交流系统互联、孤岛供电以及城市配电网等重要领域。
换流阀作为柔性直流输电系统的关键组件，其运行的正确性、可靠性直接影响柔性直流输电系统及公共交流输电系统的安全运行。由此，在柔性直流输电装置投运前必须对模块化多电平换流阀进行全面的试验，以验证换流阀运行的正确性、可靠性。针对直流输电换流阀电气试验的需求，国家标准化管理委员会发布了国家标准《GB/T 33348-2016高压直流输电用电压源换流器阀电气试验》，标准严格规定了换流阀的试验内容、试验要求，其中所要求的运行试验用于考察换流阀在长期实际运行工况下的电压、电流以及热等关键应力的耐受能力，以检验其运行的正确性、可靠性。为了满足国家标准的试验要求，需要搭建相应的试验电路，制定相应的控制方式，来满足换流阀运行试验的需要。
模块化多电平换流阀运行试验回路拓扑多采用附图1所示电路拓扑，其控制方式多采用开环控制方式，即通过控制辅助阀和试品阀之间输出电压的幅值、相位差来改变试验回路的电流大小与方向。但是由于采用开环控制方式，试验回路中的电流基波分量不能精确控制，二倍频电流分量与换流电抗器参数相关，导致二倍频电流基本上不受控制，所以采用开环控制方式进行换流阀的运行试验时存在一定的局限性。近年来发展出了许多闭环控制方式应用于换流阀运行试验，如PI控制、PR控制等，实现了试验回路基波电流、二倍频电流的闭环控制。但是由于上述控制方式的局限性，在试验回路中注入多次谐波电流分量时，导致各次电流闭环控制参数相互影响作用，影响控制效果，随着注入谐波的数量增加，需要控制的对象及控制参数也相应增多，导致上述控制方式无法在数字信号处理器上实现。鉴于现有柔性直流输电换流阀运行试验电路控制方式的不足，所以如何提供一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法以实现换流阀运行试验电路多谐波电流的精确控制是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中柔性直流输电换流阀运行试验电路控制方式不足的技术问题，而提出一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：设计一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法,包括如下步骤：
步骤一：根据控制保护系统的控制目标确定其基波及各次谐波电流的幅值与相位，得到控制目标电流的时域表达式，将其离散化；得到每个控制周期的时域表达式为k＝1,2,……,128，n0为谐波次数，△t为控制周期；
步骤二：通过所述的控制保护系统采样，得到当前控制周期下试验回路电压电流的数字量；其中试验回路电流数字量赋值给i(k)，L两端电压差数字量赋值给电压扰动信号d(k)；
步骤三：构造重复信号发生器并将其离散化：以重复控制内模为基础，在其反馈信号中加入Q(s)，将重复信号发生器的N个极点拉入单位圆圆周内，将其离散化得到重复信号发生器的脉冲传递函数
步骤四：将r(k)-i(k)的运算值输入重复信号发生器得到经重复发生器运算后的信号e1(k)；
步骤五：在信号e1(k)后加入补偿环节krGf(z)；其中kr为增益系数；kL为电抗器电感系数，并加入z-N延时环节；
步骤六：再将信号e1(k)输入补偿环节得到e2(k)，并与r(k)和i(k)进行计算，得到e3(k)＝e2(k)+r(k)-i(k)；
步骤七：然后在e3(k)中加入C(z)无差拍控制算法：L为换流电抗器电抗值，TS为控制周期，kL为电抗器电感系数；
步骤八：信号e3(k)经过C(z)运算后得到u(k)，并与电压扰动信号d(k)相加得到e4(k)＝u(k)+d(k)，将外部电压扰动引入控制回路；
步骤九：将信号e4(k)输入试验回路在Z域的脉冲传递函数GP(z)，得到在本控制周期内换流阀调制波脉冲状态；其中L为换流电抗器电抗值，TS为控制周期；
步骤十：最后将运算得到的换流阀调制脉冲状态下发至换流阀，换流阀根据脉冲状态信息改变IGBT的开关状态，实现脉冲信息的信号放大输出。
优选的，所述的重复信号发生器Q(z)为小于1的常数或者为零相移的低通滤波器。
优选的，所述的模块化多电平换流阀运行试验回路的闭环脉冲传递函数为：其中Gr(z)＝G(z)krGf(z)z-N，
优选的，所述的增益系数kr的取值范围在0-2之间。
本发明提出的一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法，有益效果在于：
(1)本发明方法的重复信号发生器将误差输入e(t)进行累加输出，当输入误差为零时，重复信号发生器的输出信号y(t)达到稳态并仍然具有不为零的输出，从而实现对输入信号的无静差跟踪；
(2)本发明的控制方法基于重复控制内模的多谐波电流闭环控制，使得模块化多电平换流阀运行试验装置可以实现基波和多谐波电流的精确闭环控制；
(3)本发明的控制方法消除了现有技术中电平逼近调制方式(NLM)带来的周期性谐波电压扰动的影响，进一步提高试验装置的控制精度；
(4)引入无差拍控制方法与重复控制结合，在满足控制精度的同时，提高试验装置的响应速度。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
图1是现有技术中模块化多电平换流阀运行试验回路拓扑示意图；
图2是本发明中基于s域的重复信号发生器框图；
图3是本发明中基于z域的重复信号发生器框图；
图4是本发明控制系统控制框图。
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。
参阅附图2-4所示，本发明的一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法,包括如下步骤：
步骤一：根据控制保护系统的控制目标确定其基波及各次谐波电流的幅值与相位，得到控制目标电流的时域表达式，将其离散化；得到每个控制周期的时域表达式为k＝1,2···128，n0为谐波次数，△t为控制周期；
步骤二：通过所述的控制保护系统采样，得到当前控制周期下试验回路电压电流的数字量；其中试验回路电流数字量赋值给i(k)，L两端电压差数字量赋值给电压扰动信号d(k)；
步骤三：构造重复信号发生器并将其离散化：以重复控制内模为基础，在其反馈信号中加入Q(s)，将重复信号发生器的N个极点拉入单位圆圆周内，将其离散化得到重复信号发生器的脉冲传递函数
步骤四：将r(k)-i(k)的运算值输入重复信号发生器得到经重复发生器运算后的信号e1(k)；
步骤五：在信号e1(k)后加入补偿环节krGf(z)；其中kr为增益系数；kL为电抗器电感系数，并加入z-N延时环节；
步骤六：再将信号e1(k)输入补偿环节得到e2(k)，并与r(k)和i(k)进行计算，得到e3(k)＝e2(k)+r(k)-i(k)；
步骤七：然后在e3(k)中加入C(z)无差拍控制算法：L为换流电抗器电抗值，TS为控制周期，kL为电抗器电感系数；
步骤八：信号e3(k)经过C(z)运算后得到u(k)，并与电压扰动信号d(k)相加得到e4(k)＝u(k)+d(k)，将外部电压扰动引入控制回路；
步骤九：将信号e4(k)输入试验回路在Z域的脉冲传递函数GP(z)，得到在本控制周期内换流阀调制波脉冲状态；其中L为换流电抗器电抗值，TS为控制周期；
步骤十：最后将运算得到的换流阀调制脉冲状态下发至换流阀，换流阀根据脉冲状态信息改变IGBT的开关状态，实现脉冲信息的信号放大输出。
优选的，所述的重复信号发生器Q(z)为小于1的常数或者为零相移的低通滤波器。
优选的，所述的模块化多电平换流阀运行试验回路的闭环脉冲传递函数为：其中Gr(z)＝G(z)krGf(z)z-N，
优选的，所述的增益系数kr的取值范围在0-2之间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法,其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：根据控制保护系统的控制目标确定其基波及各次谐波电流的幅值与相位，得到控制目标电流的时域表达式，将其离散化；得到每个控制周期的时域表达式为n0为谐波次数，△t为控制周期；
步骤二：通过所述的控制保护系统采样，得到当前控制周期下试验回路电压电流的数字量；其中试验回路电流数字量赋值给i(k)，L两端电压差数字量赋值给电压扰动信号d(k)；
步骤三：构造重复信号发生器并将其离散化：以重复控制内模为基础，在其反馈信号中加入Q(s)，将重复信号发生器的N个极点拉入单位圆圆周内，将其离散化得到重复信号发生器的脉冲传递函数
步骤四：将r(k)-i(k)的运算值输入重复信号发生器得到经重复发生器运算后的信号e1(k)；
步骤五：在信号e1(k)后加入补偿环节krGf(z)；其中kr为增益系数；kL为电抗器电感系数，并加入z-N延时环节；
步骤六：再将信号e1(k)输入补偿环节得到e2(k)，并与r(k)和i(k)进行计算，得到e3(k)＝e2(k)+r(k)-i(k)；
步骤七：然后在e3(k)中加入C(z)无差拍控制算法：L为换流电抗器电抗值，TS为控制周期，kL为电抗器电感系数；
步骤八：信号e3(k)经过C(z)运算后得到u(k)，并与电压扰动信号d(k)相加得到e4(k)＝u(k)+d(k)，将外部电压扰动引入控制回路；
步骤九：将信号e4(k)输入试验回路在Z域的脉冲传递函数GP(z)，得到在本控制周期内换流阀调制波脉冲状态；其中L为换流电抗器电抗值，TS为控制周期；
步骤十：最后将运算得到的换流阀调制脉冲状态下发至换流阀，换流阀根据脉冲状态信息改变IGBT的开关状态，实现脉冲信息的信号放大输出。
2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法,其特征在于，所述的重复信号发生器Q(z)为小于1的常数或者为零相移的低通滤波器。
3.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法,其特征在于，所述的模块化多电平换流阀运行试验回路的闭环脉冲传递函数为：其中Gr(z)＝G(z)krGf(z)z-N，
4.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法,其特征在于，所述的增益系数kr的取值范围在0-2之间。
CN201810240151.2A 2018-03-22 2018-03-22 一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法 Pending CN108333951A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810240151.2A CN108333951A (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810240151.2A CN108333951A (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108333951A true CN108333951A (zh) 2018-07-27

Family

ID=62931402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810240151.2A Pending CN108333951A (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108333951A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101789600A (zh) * 2010-01-25 2010-07-28 苏州华辰电气有限公司 一种并联型有源电力滤波器动态直流电压的控制方法
EP2506415A1 (en) * 2009-11-26 2012-10-03 Hitachi, Ltd. Power conversion device
CN103326611A (zh) * 2013-04-15 2013-09-25 湖南大学 一种三相电压源型pwm变流器的预测直接功率控制方法
CN103683874A (zh) * 2013-11-06 2014-03-26 天津瑞能电气有限公司 一种基于重复控制的双馈变流器的控制方法
CN103683288A (zh) * 2013-12-11 2014-03-26 哈尔滨工业大学 基于模块化多电平变换器的并联有源滤波器及其控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2506415A1 (en) * 2009-11-26 2012-10-03 Hitachi, Ltd. Power conversion device
CN101789600A (zh) * 2010-01-25 2010-07-28 苏州华辰电气有限公司 一种并联型有源电力滤波器动态直流电压的控制方法
CN103326611A (zh) * 2013-04-15 2013-09-25 湖南大学 一种三相电压源型pwm变流器的预测直接功率控制方法
CN103683874A (zh) * 2013-11-06 2014-03-26 天津瑞能电气有限公司 一种基于重复控制的双馈变流器的控制方法
CN103683288A (zh) * 2013-12-11 2014-03-26 哈尔滨工业大学 基于模块化多电平变换器的并联有源滤波器及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨超: "模块化多电平变换器环流及抑制策略研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Garcia-Gonzalez et al. Control system for a PWM-based STATCOM
Norouzi et al. Two control schemes to enhance the dynamic performance of the STATCOM and SSSC
Shuvra et al. Distributed dynamic grid support using smart PV inverters during unbalanced grid faults
CN111541262B (zh) 模型预测定交流电压控制下mmc频率耦合阻抗建模方法
Neyshabouri et al. State feedback control strategy and voltage balancing scheme for a transformer‐less STATic synchronous COMpensator based on cascaded H‐bridge converter
Zhao et al. Subsynchronous oscillation of PV plants integrated to weak AC networks
Nijhawan et al. Improved performance of multilevel inverter‐based distribution static synchronous compensator with induction furnace load
Dheepanchakkravarthy et al. Performance evaluation of FPGA‐based predictive current controller for FL‐DSTATCOM in electric distribution system
Kumar et al. Design and operation of DSTATCOM for power quality improvement in distribution systems
CN108258712A (zh) 一种用于次同步振荡分析的vsc-hvdc系统
CN112186804A (zh) 一种孤岛微电网母线电压不平衡和谐波补偿方法及系统
Sang et al. Design and implementation of perturbation observer‐based robust passivity‐based control for VSC‐MTDC systems considering offshore wind power integration
Jiang et al. Adaptive loss and capacitance‐reduction control strategy based on second‐harmonic circulating current injection for MMC
Arora et al. Design and implementation of Legendre‐based neural network controller in grid‐connected PV systems
Qian et al. Analysis and implementation of virtual impedance for fixed‐frequency control strategy in microgrid
Li et al. Passivity‐based control of the hybrid rectifier for medium and high‐power application
Lin et al. Coordinated‐control strategy of scalable superconducting magnetic energy storage under an unbalanced voltage condition
Pandey et al. Frequency‐adaptive complex‐coefficient filter‐based control for grid‐integrated PV system
Chinnusamy et al. Photovoltaic module integrated modified three‐port interleaved flyback converter fed six‐level shunt active power filters
Aali Shunt active DC filter based on intelligence controller for HVDC link
CN108333951A (zh) 一种模块化多电平换流阀运行试验回路控制方法
Wang et al. Harmonic resonance analysis in high‐renewable‐energy‐penetrated power systems considering frequency coupling
Sanjenbam et al. Multi‐functional control strategy for power quality improvement of three‐phase grid using solar PV fed unified power quality conditioner
Kannan et al. Power quality improvement using UPQC for grid interconnected renewable energy sources
CN114696356A (zh) 一种考虑频率耦合效应的端口阻抗模型分析方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180727