CN108390395A - 一种在线自适应抑制柔性直流引起的高频振荡方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统运行与控制技术领域，尤其涉及一种在线自适应抑制柔性直流引起的高频振荡方法，包括：将特性频率可在线调整的多个陷波器串联安装在MMC‑HVDC的控制系统中，将本端换流母线电压经过派克变换后进行陷波滤波，设置频率范围门槛值和谐波幅值门槛值，对换流母线电压信号进行FFT变换得到各次谐波的幅值，检测出频率大于频率范围门槛值的谐波中幅值最大值及其对应的频率；当交流电网运行方式改变使交直流系统之间出现明显的高频振荡时即投入抑制此频率谐波的陷波器，并锁定投入状态。本发明可以在很短的时间内使高频谐波幅值降低到谐波幅值门槛值以下，同时直流电压和直流功率恢复到整定值，从而有效抑制MMC‑HVDC系统引起的高频振荡问题，改善系统动态响应。

Description

一种在线自适应抑制柔性直流引起的高频振荡方法

技术领域

本发明属于电力系统运行与控制技术领域，尤其涉及一种在线自适应抑制柔性直流引起的高频振荡方法。

背景技术

自2010年以来，国内外新建的柔性直流输电工程大多采用模块化多电平换流器(MMC)拓扑，随着模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)技术和工程应用日益成熟，基于MMC-HVDC的交直流并联输电系统也越来越多，MMC-HVDC的快速灵活可控、无需无功补偿和故障处理能力对电网的动态响应、控制方式和稳定运行等带来了深刻的影响。

在实际的高压大容量MMC-HVDC系统中，各个桥臂的子模块数目高达数百个，系统的采样、站控、阀控和保护等环节相对分散，多个控保装置间数据通讯导致控制链路延时难以减小。较长的控制链路延时导致其与交流电网之间出现高频振荡现象，量测系统采样延时、控制系统计算延时、换流阀开关器件的死区效应、阀器件触发延时等因素均可能引发高频振荡现象，威胁MMC安全稳定运行。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种在线自适应抑制柔性直流引起的高频振荡方法，包括：

步骤1：将特性频率可在线调整的多个陷波器串联安装在MMC-HVDC的控制系统中，对所述多个陷波器进行编号并设计投退逻辑，将本端换流母线电压信号经过派克变换后进行陷波滤波，设置所有的陷波器初始状态为退出状态，设置门槛值C1和C2；

步骤2：采集本端换流母线电压信号，对其进行FFT变换，得到各次谐波的幅值，频率超过步骤1所设定的门槛值C1的谐波为高频谐波，检测出高频谐波幅值最大值及其对应的频率；

步骤3：各陷波器投入需要同时满足两个条件，第一，高频谐波幅值最大值超过步骤1所设定的门槛值C2，第二，当前高频谐波幅值最大值对应的频率与所有已投入的陷波器抑制的谐波的频率不同；投入的陷波器锁定其投入状态；

步骤4：依次重复步骤2和步骤3，直至检测到的高频谐波幅值均小于C2为止；当系统运行方式发生变化导致系统高频谐波含量突然增大时，解除已投入的所有陷波器的投入状态，跳转至步骤2。

所述步骤1具体包括：

将多个陷波器安装在MMC-HVDC控制系统中对派克变换后的U_d和U_q进行滤波；U_d和U_q是指：MMC-HVDC控制系统采用矢量控制，通过坐标变换将abc坐标系下的三相交流量转换为dq坐标系下的同步旋转的直流量建立MMC的数学模型，abc坐标系下的换流母线电压转换到dq坐标系下即为U_d和U_q；每个陷波器的特性频率ω和系数ξ可以在线调整，系数ξ为阻尼比；

门槛值C1为频率范围门槛值，频率超过门槛值C1的谐波记为高频谐波，门槛值C1及以上频率为频率作用范围，门槛值C1根据高频振荡的频率范围取一定的频率裕度获得；

门槛值C2为谐波幅值门槛值，只有当某个频率下的谐波幅值超过门槛值C2时，才能触发投入陷波器，门槛值C2根据正常运行情况下基波幅值乘以一定的比例得到。

所述步骤3具体包括：

当系统中存在幅值超过步骤1所设定的门槛值C2的高频谐波，且还没有投入抑制该频率的陷波器时，按序选择一个陷波器投入，使该陷波器触发信号处于使能状态，同时记录触发时刻的高频谐波幅值最大值对应的频率，作为陷波器待抑制的谐波频率在线设定陷波器参数，并锁定其投入状态；对于一个特性频率只投入一个陷波器。

所述步骤4具体包括：

当系统运行在稳态方式下，由于运行方式发生变化，导致系统高频谐波含量突然增大时，解除已投入的所有陷波器的投入状态，满足投入条件时更改其特征频率后再次锁定投入状态。

有益效果

本发明提出一种在MMC控制系统中添加陷波器的方法抑制高频振荡，并提出一种在线自适应陷波器投入方法。本发明在MMC控制系统中添加陷波器并设置投退逻辑，当出现高频振荡现象时，投退逻辑可以自动识别出高频振荡频率并投入陷波器加以抑制。本发明可以有效抑制MMC-HVDC系统引起的高频振荡问题，改善系统动态响应。

本发明提出的方法将特性频率可在线调整的多个陷波器串联安装在MMC-HVDC的控制系统中，将本端换流母线电压经过派克变换后进行陷波滤波，设置谐波幅值门槛值和频率范围门槛值，对换流母线电压信号进行FFT变换得到各次谐波的幅值，检测出高频谐波幅值最大值及其对应的频率；当交流电网运行方式改变使交直流系统之间出现明显的高频振荡时即投入抑制此频率谐波的陷波器，并锁定投入状态，可以在很短的时间内使高频谐波幅值降低到谐波幅值门槛值以下，同时直流电压和直流功率也恢复到整定值。

附图说明

图1本发明实施例2的仿真系统拓扑图；

图2本发明实施例2的最大谐波幅值变化曲线示意图；

图3本发明实施例2的最大幅值谐波频次变化曲线示意图；

图4本发明实施例2的各陷波器特性频率示意图；

图5本发明实施例2的各陷波器投退状态示意图；

图6本发明实施例2的送端直流电压示意图；

图7本发明实施例2的送端直流功率示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

实施例1

步骤1：将特性频率可在线调整的多个陷波器串联安装在MMC-HVDC的控制系统中，对所述多个陷波器进行编号并设计投退逻辑，将本端换流母线电压信号经过派克变换后进行陷波滤波，设置所有的陷波器初始状态为退出状态，设置门槛值C1和C2；

步骤2：采集本端换流母线电压信号，对其进行FFT变换，得到各次谐波的幅值，频率超过步骤1所设定的门槛值C1的谐波为高频谐波，检测出高频谐波幅值最大值及其对应的频率；

步骤3：各陷波器投入需要同时满足两个条件，第一，高频谐波幅值最大值超过步骤1所设定的门槛值C2，第二，当前高频谐波幅值最大值对应的频率与所有已投入的陷波器抑制的谐波的频率不同；投入的陷波器锁定其投入状态；

步骤4：依次重复步骤2和步骤3，直至检测到的高频谐波幅值均小于C2为止；当系统运行方式发生变化导致系统高频谐波含量突然增大时，解除已投入的所有陷波器的投入状态，跳转至步骤2。

进一步地：

上述步骤1中，所述的特性频率可在线调整的多个陷波器串联安装在MMC-HVDC的控制系统中，陷波器是一种带阻滤波器，典型的二阶陷波器的传递函数如式(1)所示，

其中，s是拉普拉斯算子；ω为特性频率，ξ为阻尼比，ω和ξ设置为可以在线调整。

对经过派克变换得到的U_d和U_q进行陷波滤波，U_d和U_q是指：MMC-HVDC采用矢量控制策略，通过坐标变换将abc坐标系下的三相交流量转换为dq坐标系下的同步旋转的直流量建立MMC的数学模型，abc坐标系下的换流母线电压转换到dq坐标系下即为U_d和U_q。

门槛值C1为频率范围门槛值，频率超过门槛值C1的谐波记为高频谐波，门槛值C1及以上频率为本发明的频率作用范围，门槛值C1可以根据可能出现高频振荡的频率范围取一定的频率裕度获得。

门槛值C2为谐波幅值门槛值，只有当某个频率下的谐波幅值超过门槛值C2时，才有可能触发投入陷波器，门槛值C2可以根据正常运行情况下基波幅值乘以一定的比例得到。

所述步骤3具体包括：当系统中存在幅值超过步骤1所设定的门槛值C2的高频谐波，且还没有投入抑制该频率的陷波器时，按序选择一个陷波器投入，使该陷波器触发信号处于使能状态，同时记录触发时刻的高频谐波幅值最大值对应的频率，作为陷波器待抑制的谐波频率在线设定陷波器参数，并锁定其投入状态。对于一个特性频率只投入一个陷波器。需要注意的是，n次谐波经派克变换后为n-1次谐波，所以实际输入至陷波器的特性频率比记录的触发时刻的待抑制的谐波频率少1。

当系统运行在稳态方式下，由于运行方式发生变化，导致系统高频谐波含量突然增大时，解除已投入的所有陷波器的投入状态，满足投入条件时更改其特征频率后再次锁定投入状态。

实施例2

仿真系统拓扑如图1所示，利用PSCAD/EMTDC仿真工具，来阐述本发明提出的方法在MMC-HVDC高频谐波抑制问题中的应用。

仿真系统为双端两通道MMC-HVDC系统，送端用等值电网模拟，等值电网电压等级为525kV，送端换流母线处连有2回交流线路，受端用无穷大电源模拟，送端MMC采用定直流电压和无功功率控制，整定值分别为840kV和0MVar，受端MMC采用定有功功率和无功功率控制，整定值分别为-1250MW和0MVar。仿真模拟送端换流母线处一回交流线路因故障断开后，通过本发明所述的方法，检验对高频振荡抑制的效果。

在MMC控制系统中安装6组陷波器，初始状态为退出状态，设置频率范围门槛值C1为250Hz，设置谐波幅值门槛值C2为80kV，设置MMC控制系统延时时间为400微秒，阻尼比ξ取值为0.1，设置1.6秒时送端换流母线处一回交流线路因故障断开。

最大谐波幅值变化曲线如图2所示，最大幅值谐波频次变化曲线如图3所示，各陷波器特性频率如图4所示，各陷波器投退状态如图5所示，送端直流电压如图6所示，送端直流功率如图7所示。

当交流系统出现故障导致运行方式改变时，其响应特性发生了变化，使交直流系统之间出现了高频振荡，依次出现了1650、1150、1050和1000Hz的最大幅值谐振频率，随即投入了4个对应特性频率的陷波器，特性频率分别是1600、1100、1000和950Hz，经过0.4s的时间使谐波幅值降低到了非常小的值，同时直流电压和直流功率也恢复到了整定值。

此实施例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，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种在线自适应抑制柔性直流引起的高频振荡方法，其特征在于，包括：

步骤1：将特性频率可在线调整的多个陷波器串联安装在MMC-HVDC的控制系统中，对所述多个陷波器进行编号并设计投退逻辑，将本端换流母线电压信号经过派克变换后进行陷波滤波，设置所有的陷波器初始状态为退出状态，设置门槛值C1和C2；

步骤2：采集本端换流母线电压信号，对其进行FFT变换，得到各次谐波的幅值，频率超过步骤1所设定的门槛值C1的谐波为高频谐波，检测出高频谐波幅值最大值及其对应的频率；

步骤3：各陷波器投入需要同时满足两个条件，第一，高频谐波幅值最大值超过步骤1所设定的门槛值C2，第二，当前高频谐波幅值最大值对应的频率与所有已投入的陷波器抑制的谐波的频率不同；投入的陷波器锁定其投入状态；

步骤4：依次重复步骤2和步骤3，直至检测到的高频谐波幅值均小于C2为止；当系统运行方式发生变化导致系统高频谐波含量突然增大时，解除已投入的所有陷波器的投入状态，跳转至步骤2。

2.根据权利要求1所述的一种在线自适应抑制柔性直流引起的高频振荡方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

将多个陷波器安装在MMC-HVDC控制系统中对派克变换后的U_d和U_q进行滤波；U_d和U_q是指：MMC-HVDC控制系统采用矢量控制，通过坐标变换将abc坐标系下的三相交流量转换为dq坐标系下的同步旋转的直流量建立MMC的数学模型，abc坐标系下的换流母线电压转换到dq坐标系下即为U_d和U_q；每个陷波器的特性频率和系数ξ可以在线调整，系数ξ为阻尼比；

门槛值C1为频率范围门槛值，频率超过门槛值C1的谐波记为高频谐波，门槛值C1及以上频率为频率作用范围，门槛值C1根据高频振荡的频率范围取一定的频率裕度获得；

门槛值C2为谐波幅值门槛值，只有当某个频率下的谐波幅值超过门槛值C2时，才能触发投入陷波器，门槛值C2根据正常运行情况下基波幅值乘以一定的比例得到。

3.根据权利要求1所述的一种在线自适应抑制柔性直流引起的高频振荡方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

当系统中存在幅值超过步骤1所设定的门槛值C2的高频谐波，且还没有投入抑制该频率的陷波器时，按序选择一个陷波器投入，使该陷波器触发信号处于使能状态，同时记录触发时刻的高频谐波幅值最大值对应的频率，作为陷波器待抑制的谐波频率在线设定陷波器参数，并锁定其投入状态；对于一个特性频率只投入一个陷波器。

4.根据权利要求1所述的一种在线自适应抑制柔性直流引起的高频振荡方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：

当系统运行在稳态方式下，由于运行方式发生变化，导致系统高频谐波含量突然增大时，解除已投入的所有陷波器的投入状态，满足投入条件时更改其特征频率后再次锁定投入状态。