CN108418221A - 一种应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法及装置，该控制方法包括：设定交流电压参考值U_{ac_ref}和偏差上限值Δu_u；将所述交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差上限值Δu_u之和与交流电压实测值U_{ac_meas}作差后进行上限幅PI调节后输出，上限幅PI调节输出的上限幅为0，下限幅小于0。本发明通过设置偏差上限值，将交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差上限值Δu_u之和与交流电压实测值作差后进行PI调节限幅控制后输出，当交流电压实测值大于交流电压参考值与偏差上限值Δu_u之和时，可以将交流电压控制在[U_{ac_ref}，U_{ac_ref}+Δu_u]的范围内；当交流电压超出设定范围时，方才启动交流电压调节功能，避免了换流器频繁的无功调节，减小了交流电网波动对换流器的影响。

Description

一种应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法及装置，属于直流输电技术领域。

背景技术

自基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电技术提出以来，柔性直流输电系统在国内电力系统的工程应用中获得了快速发展，并展现出了良好的技术特性。与常规直流输电技术相比，柔性直流输电系统控制具有两个自由度，通过内环控制器的dq解耦，可以独立地控制换流器输出的有功功率和无功功率，且不存在换相失败问题，并可对无源系统供电，具有较大的发展前景。

目前，柔性直流输电系统通常采用双环控制策略，其外环为功率环，包括直流电压控制、有功功率控制、无功功率控制和交流电压控制；内环为电流环，通过PI调节项、前馈项和解耦项相加得到调制电压参考值。其中，在交流电压控制中，均是直接将交流电压参考值与实际交流电压作差，然后经过PI控制后得到q轴电流参考值，虽然能使交流电压精准控制在交流电压参考值，但是这样会使换流器频繁地进行无功调节，交流电网波动对换流器的影响较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法及装置，用于解决受交流电网波动影响导致换流器频繁进行无功调节的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法，包括以下方案：

方法方案一：步骤如下：

设定交流电压参考值U_{ac_ref}和偏差上限值Δu_u；

将所述交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差上限值Δu_u之和与交流电压实测值U_{ac_meas}作差后进行上限幅PI调节后输出，上限幅PI调节输出的上限幅为0，下限幅小于0。

方法方案二：在方法方案一的基础上，还包括：

设定偏差下限值Δu_l；

将所述交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差下限值Δu_l之差与交流电压实测值U_{ac_meas}作差后进行下限幅PI调节后输出，下限幅PI调节输出的上限幅大于0，下限幅为0。

方法方案三：在方法方案二的基础上，上限幅PI调节输出的下限幅为-1，下限幅PI调节输出的上限幅为1。

方法方案四：在方法方案二或三的基础上，所述偏差上限值Δu_u和偏差下限值Δu_l均为不小于0的数值。

本发明还提供了一种应用于柔性直流输电系统的交流电压控制装置，包括以下方案：

装置方案一：包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：

设定交流电压参考值U_{ac_ref}和偏差上限值Δu_u；

将所述交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差上限值Δu_u之和与交流电压实测值U_{ac_meas}作差后进行上限幅PI调节后输出，上限幅PI调节输出的上限幅为0，下限幅小于0。

装置方案二：在装置方案一的基础上，还包括：

设定偏差下限值Δu_l；

将所述交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差下限值Δu_l之差与交流电压实测值U_{ac_meas}作差后进行下限幅PI调节后输出，下限幅PI调节输出的上限幅大于0，下限幅为0。

装置方案三：在装置方案二的基础上，上限幅PI调节输出的下限幅为-1，下限幅PI调节输出的上限幅为1。

装置方案四：在装置方案二或三的基础上，所述偏差上限值Δu_u和偏差下限值Δu_l均为不小于0的数值。

本发明的有益效果是：

通过设置偏差上限值，将交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差上限值Δu_u之和与交流电压实测值作差后进行PI调节限幅控制后输出，当交流电压实测值大于交流电压参考值与偏差上限值Δu_u之和时，可以将交流电压控制在[U_{ac_ref}，U_{ac_ref}+Δu_u]的范围内；当交流电压超出设定范围时，方才启动交流电压调节功能，避免了换流器频繁的无功调节，减小了交流电网波动对换流器的影响。

进一步的，设定偏差下限值Δu_l，将交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差下限值Δu_l之差与交流电压实测值作差后进行PI调节限幅控制后输出，当交流电压实测值小于交流电压参考值与偏差下限值之差时，可以将交流电压进一步的控制在[U_{ac_ref}-Δu_l，U_{ac_ref}+Δu_u]的范围内。

附图说明

图1是柔性直流换流器的结构图；

图2是柔性直流换流器的双环控制器原理框图；

图3是本发明应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法的控制框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

柔性直流换流器采用MMC结构，其结构示意图如图1所示，由三相6个桥臂构成，每个桥臂由桥臂电感和数量相同的子模块构成。其中，各个子模块均采用半桥结构，包含2个IGBT、2个反并联二极管和1个储能电容。由于各个子模块的结构属于现有技术，此处不再赘述。

柔性直流换流器的双环控制器原理框图如图2所示，外环有功类控制根据需求选择直流电压控制或有功功率控制；无功类控制选择交流电压控制。有功类控制得到内环电流d轴参考值i_{d_ref}，交流电压控制得到内环电流q轴参考值i_{q_ref}，再经过内环电流控制器得到调制电压q轴参考值u_{d_ref}和q轴参考值u_{q_ref}，经过dq/abc变换得到三相调制电压参考值u_{a_ref}、u_{b_ref}、u_{c_ref}。

其中，在交流电压控制模式下，本发明提供了一种应用于柔性直流输电系统的交流电压控制装置，该控制装置包括处理器和存储器，处理器用于处理存储在存储器中的指令，以实现一种应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法，该控制方法用于控制换流器交流电网接入点的交流电压，其控制框图如图3所示，具体包括以下步骤：

(1)设定交流电压参考值U_{ac_ref}、偏差上限值Δu_u以及设定偏差下限值Δu_l。其中，偏差上限值Δu_u和偏差下限值Δu_l均为不小于0的数值。

(2)将交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差上限值Δu_u之和与交流电压实测值U_{ac_meas}作差后进行上限幅PI调节后输出，上限幅PI调节输出的上限幅为0，下限幅小于0；将交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差下限值Δu_l之差与交流电压实测值U_{ac_meas}作差后进行下限幅PI调节后输出，下限幅PI调节输出的上限幅大于0，下限幅为0。

将两个PI调节限幅输出相加得到交流电压控制器的输出，将该交流电压控制器的输出作为内环电流q轴参考值，对柔性直流输电系统中的换流器进行控制。此时，当交流电压实测值U_{ac_meas}大于交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差上限值Δu_u之和，即有U_{ac_meas}>U_{ac_ref}+Δu_u时，整个交流电压控制器输出一负值，交流电压控制器将交流电压控制在U_{ac_ref}+Δu_u；当交流电压实测值U_{ac_meas}小于交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差下限值Δu_l之差，即有U_{ac_meas}<U_{ac_ref}-Δu_l时，整个交流电压控制器输出一正值，交流电压控制器将交流电压控制在U_{ac_ref}-Δu_l；当交流电压实测值U_{ac_meas}小于等于交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差上限值Δu_u之和，且大于等于交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差下限值Δu_l之差，即有U_{ac_ref}-Δu_l≤U_{ac_meas}≤U_{ac_ref}+Δu_u时，交流电压控制器输出为0，无调节功能。

通过上述应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法，当Δu_u>0且Δu_l>0时，可以将交流电压控制在[U_{ac_ref}-Δu_l，U_{ac_ref}+Δu_u]的范围内。特殊的，当偏差上限值Δu_u＝Δu_l＝0时，可将交流电压精准控制在U_{ac_ref}。在本实施例中，上限幅PI调节输出的下限幅为-1，下限幅PI调节输出的上限幅为1。当然，作为其他的实施方式，上述上限幅PI调节输出的下限幅以及下限幅PI调节输出的上限幅并不限定，也可以根据应用需求进行适应性调整。

本发明应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法，通过对交流电压参考值与实测值差值的PI调节，可将换流器交流电网接入点的交流电压控制在设定范围内，当交流电压超出设定范围时，方才启动交流电压调节功能，避免了换流器频繁的无功调节，减小了交流电网波动对换流器的影响。该控制方法增加了换流器的控制功能，使控制更为灵活，可获得更多的应用场合。

Claims (8)

1.一种应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法，其特征在于，步骤如下：

设定交流电压参考值U_{ac_ref}和偏差上限值Δu_u；

将所述交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差上限值Δu_u之和与交流电压实测值U_{ac_meas}作差后进行上限幅PI调节后输出，上限幅PI调节输出的上限幅为0，下限幅小于0。

2.根据权利要求1所述的应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法，其特征在于，还包括：

设定偏差下限值Δu_l；

将所述交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差下限值Δu_l之差与交流电压实测值U_{ac_meas}作差后进行下限幅PI调节后输出，下限幅PI调节输出的上限幅大于0，下限幅为0。

3.根据权利要求2所述的应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法，其特征在于，上限幅PI调节输出的下限幅为-1，下限幅PI调节输出的上限幅为1。

4.根据权利要求2或3所述的应用于柔性直流输电系统的交流电压控制方法，其特征在于，所述偏差上限值Δu_u和偏差下限值Δu_l均为不小于0的数值。

5.一种应用于柔性直流输电系统的交流电压控制装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：

设定交流电压参考值U_{ac_ref}和偏差上限值Δu_u；

将所述交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差上限值Δu_u之和与交流电压实测值U_{ac_meas}作差后进行上限幅PI调节后输出，上限幅PI调节输出的上限幅为0，下限幅小于0。

6.根据权利要求5所述的应用于柔性直流输电系统的交流电压控制装置，其特征在于，还包括：

设定偏差下限值Δu_l；

将所述交流电压参考值U_{ac_ref}与偏差下限值Δu_l之差与交流电压实测值U_{ac_meas}作差后进行下限幅PI调节后输出，下限幅PI调节输出的上限幅大于0，下限幅为0。

7.根据权利要求6所述的应用于柔性直流输电系统的交流电压控制装置，其特征在于，上限幅PI调节输出的下限幅为-1，下限幅PI调节输出的上限幅为1。

8.根据权利要求6或7所述的应用于柔性直流输电系统的交流电压控制装置，其特征在于，所述偏差上限值Δu_u和偏差下限值Δu_l均为不小于0的数值。