CN109412189A - 一种柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法及系统，它包括：提取柔性直流输电系统各换流端口的直流电流I_dc；对直流电流I_dc进行带通滤波处理，得到带通滤波后的换流端口直流电流I_{dc_flt}；根据预设的阻尼系数k计算直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}；在桥臂调制电压分量上加入直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}，计算得到新的理想调制电压U_mmc；根据计算得到的理想调制电压U_mmc，选择相应的子模块N进行触发导通。本发明能够有效的抑制柔性直流输电系统中直流侧产生的低频谐波，降低直流侧谐波带来的线路损耗，减小换流阀这些器件过压、过流、过温的风险。

Description

一种柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法及系统

技术领域

本发明涉及柔性直流输电系统，属于高压输电技术领域；更具体地，涉及一种柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法及系统。

背景技术

现有的模块化多电平换流器型(MMC)柔性直流输电系统，其通用调制策略为最近电平逼近策略：利用调制电压和子模块额定电压计算得到子模块导通个数。再结合子模块均压策略和子模块电压排序结果，确定本周期的具体触发子模块。详细方法如下：

(1)最近电平逼近调制策略。

利用极控生成的调制电压和子模块额定电压做商，计算得到本周期的子模块导通个数N。

(2)子模块均压策略。

为维持同一桥臂内各子模块电压间的电容电压均衡，将根据桥臂电流的充放电方向，选择具体需要投入的子模块。在桥臂电流为充电方向时，选取电容电压排序结果内最低的N个子模块投入；在桥臂电流为放电方向时，选取电容电压培训结果内最高的N个子模块投入。

(3)子模块电压排序及分组优化触发策略。

根据电容电压的高低，将子模块进行排序。因子模块数量庞大，对全部子模块进行实时排序需要巨大的计算量，同时，实时排序也会增大开关频率、增加功率损耗。因此，常使用桥臂内分组优化排序的方法，只有同组内子模块间电容电压差超过一定阈值Mdif后才触发排序机制。

模块电压分组优化排序策略，虽然能够有效减小计算量、降低开关频率及损耗，但却引入了调制电压与触发电压的偏差，该偏差在子模块排序电压差阈值M_dif选取较大时，尤为明显。该偏差将造成柔性直流输电系统各换流端的直流电压不平衡，在直流侧阻抗薄弱频率，激发产生直流侧谐波。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法及系统，能够在不改变现有的调制、均压、排序策略的基础上，有效抑制因各换流端直流电压不平衡引起的直流侧谐波。

本发明的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法，它包括有：

S1：提取柔性直流输电系统各换流端口的直流电流I_dc；

S2：对直流电流I_dc进行低通滤波处理，得到低通滤波后的换流端口直流电流I_{dc_flt}；

S3：根据预设的阻尼系数k计算直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}；

S4：在桥臂调制电压分量上加入直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}，计算得到新的理想调制电压U_mmc；

S5：根据理想调制电压U_mmc，按照最近电平逼近调制策略、子模块均压和子模块电压排序及分组优化触发策略，选择相应的子模块N进行触发导通。

进一步，步骤S2中进行低通滤波处理时，选取流入换流端的方向为直流电流正方向。

进一步，步骤S3中直流侧谐波阻尼控制附加分量的计算方法包括，直流侧谐波阻尼控制附加分量等于阻尼系数与换流端端口直流电流滤波值的乘积，即：

U_{dc_R}＝k*I_{dc_flt}；

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量，k为阻尼系数，I_{dc_flt}为低通滤波后的换流端口直流电流。

进一步，步骤S4中新的理想调制电压U_mmc的计算方法如下：

U_mmc＝(U_dc/2+U_{dc_R})+(±U_{ac_n})+(U_2nd)

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量；±U_{ac_n}为交流侧内外环解耦控制器根据交流实际值与期望值生成的交流侧调制分量；U_2nd为环流抑制控制器根据桥臂电流生成的环流抑制分量；U_dc/2为上下桥臂的调制电压的分量。

本发明的另一个目的是通过这样的技术方案实现的，一种柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制系统，它包括有：

直流电流数据处理单元，所述直流电流数据处理单元用于提取柔性直流输电系统各换流端口的直流电流I_dc，并对直流电流I_dc进行低通滤波处理，得到低通滤波后的换流端口直流电流I_{dc_flt}；

阻尼控制附加分量单元，与直流电流数据处理单元连接，根据阻尼系数k计算直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}；

调制电压单元，与阻尼控制附加分量单元连接，通过在桥臂调制电压分量上加入直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}，计算得到新的理想调制电压U_mmc，，根据理想调制电压U_mmc选择相应的子模块N进行触发导通。

进一步，所述直流电流数据处理单元进行低通滤波处理时，选取流入换流端的方向为直流电流正方向。

进一步，所述阻尼控制附加分量单元中直流侧谐波阻尼控制附加分量的计算方法包括，直流侧谐波阻尼控制附加分量等于阻尼系数与换流端端口直流电流滤波值的乘积，即：

U_{dc_R}＝k*I_{dc_flt}；

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量，k为阻尼系数，I_{dc_flt}为低通滤波后的换流端口直流电流。

进一步，调制电压单元中新的理想调制电压U_mmc的计算方法如下：

U_mmc＝(U_dc/2+U_{dc_R})+(±U_{ac_n})+(U_2nd)

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量；±U_{ac_n}为交流侧内外环解耦控制器根据交流实际值与期望值生成的交流侧调制分量；U_2nd为环流抑制控制器根据桥臂电流生成的环流抑制分量；U_dc/2为上下桥臂的调制电压的分量。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

(1)本发明提出的一种柔性直流输电系统直流侧低频谐波阻尼控制方法，能够有效的抑制柔性直流输电系统中直流侧产生的低频谐波，降低直流侧谐波带来的线路损耗，减小换流阀等器件过压、过流、过温风险。

(2)本发明设计的直流侧谐波阻尼控制方法，在不改变现有的调制、均压、排序策略的基础上，提出了新的附加控制方法。该方法能够有效抑制因各换流端直流电压不平衡引起的直流侧谐波。同时，方法还具有实现简单、计算量小等优点。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法的流程示意图。

图2为柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法的流程框图。

图3为柔性直流输电系统连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例，如图1至图3所示；一种柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法，它包括有：

S1：提取柔性直流输电系统各换流端口的直流电流I_dc；

S2：对直流电流I_dc进行低通滤波处理，得到低通滤波后的换流端口直流电流I_{dc_flt}；

S3：设计一阻尼系数k，用于等效虚拟电阻值；

S4：根据阻尼系数k计算直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}；

S5：在桥臂调制电压分量上加入直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}，计算得到新的理想调制电压U_mmc；

S6：根据理想调制电压U_mmc、最近电平逼近调制策略、子模块均压和子模块电压排序及分组优化触发策略，选择相应的子模块N进行触发导通。

步骤S2中进行低通滤波处理时，选取流入换流端的方向为直流电流正方向。

步骤S4中直流侧谐波阻尼控制附加分量的计算方法包括，直流侧谐波阻尼控制附加分量等于阻尼系数与换流端端口直流电流滤波值的乘积，即：

U_{dc_R}＝k*I_{dc_flt}；

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量，k为阻尼系数，I_{dc_flt}为低通滤波后的换流端口直流电流。

步骤S5中新的理想调制电压U_mmc的计算方法如下：

U_mmc＝(U_dc/2+U_{dc_R})+(±U_{ac_n})+(U_2nd)

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量；±U_{ac_n}为交流侧内外环解耦控制器根据交流实际值与期望值生成的交流侧调制分量；U_2nd为环流抑制控制器根据桥臂电流生成的环流抑制分量；U_dc/2为上下桥臂的调制电压的分量。

柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法，需要配置在每一个换流端中，即图3中所示的换流端一、换流端二、直至换流端N。以下以换流端一为例，直流侧谐波阻尼控制方法的具体实现过程如下：

步骤1：提取换流端一的端口电流，选取流入换流端的方向为直流电流正方向，并对换流端端口直流电流I_dc进行低通滤波处理，选用2阶巴特沃斯滤波器，截止频率为F，案例选取值为250hz，滤除高频不可控分量，得到滤波后的端口直流电流I_{dc_flt}；

步骤2：为达到直流侧等效虚拟电阻的效果，实现对流入换流端一的直流电流变化进行抑制的目的。设计阻尼比例系数K，即等效虚拟电阻值，选取其值为k，案例选取值为10；

步骤3：根据端口流入直流电流滤波值，按阻尼比例系数增加换流端一的电压调制分量。因此，直流侧谐波阻尼控制附加分量等于阻尼系数与换流端端口直流电流滤波值的乘积，即：

U_{dc_R}＝k*I_{dc_flt}；

步骤4：如图2所示，在原桥臂调制电压分量上，加入直流侧谐波阻尼控制附加分量。原有方案中上下桥臂调制电压分别等于：直流控制器根据直流电压期望值得到的直流侧调制分量(U_{dc_ref}/2)，交流侧内外环解耦控制器根据交流实际值与期望值生成的交流侧调制分量(±U_{ac_n})，以及环流抑制控制器根据桥臂电流生成的环流抑制分量(U_2nd)的和，即：

U_mmc＝(U_{dc_ref}/2)+(±U_{ac_n})+(U_2nd)；

增加本方案后上下桥臂的调制电压等于上述分量与直流侧谐波阻尼控制附加分量(U_dc/2+U_{dc_R})的和，即：

U_mmc＝(U_dc/2+U_{dc_R})+(±U_{ac_n})+(U_2nd)；

计算得到新的理想调制电压后，按照现有的最近电平逼近调制、子模块均压、子模块电压排序及分组优化等策略，选择相应子模块进行触发导通。

本发明提出的一种柔性直流输电系统直流侧低频谐波阻尼控制方法，能够有效的抑制柔性直流输电系统中直流侧产生的低频谐波，降低直流侧谐波带来的线路损耗，减小换流阀等器件过压、过流、过温风险。本发明设计的直流侧谐波阻尼控制方法，在不改变现有的调制、均压、排序策略的基础上，提出了新的附加控制方法。该方法能够有效抑制因各换流端直流电压不平衡引起的直流侧谐波。同时，方法还具有实现简单、计算量小这些优点。

一种柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制系统，它包括有：

换流端单元，包括至少一个换流端；

直流电流数据处理单元，直流电流数据处理单元用于提取柔性直流输电系统各换流端口的直流电流I_dc，并对直流电流I_dc进行低通滤波处理，得到低通滤波后的换流端口直流电流I_{dc_flt}；

阻尼控制附加分量单元，与直流电流数据处理单元连接，根据阻尼系数k计算直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}；

调制电压单元，与阻尼控制附加分量单元连接，通过在桥臂调制电压分量上加入直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}，计算得到新的理想调制电压U_mmc；

控制单元，与调制电压单元连接，通过计算得到新的理想调制电压U_mmc，根据最近电平逼近调制、子模块均压和子模块电压排序及分组优化这些策略，选择相应的子模块N进行触发导通。

直流电流数据处理单元进行低通滤波处理时，选取流入换流端的方向为直流电流正方向。

阻尼控制附加分量单元中直流侧谐波阻尼控制附加分量的计算方法包括，直流侧谐波阻尼控制附加分量等于阻尼系数与换流端端口直流电流滤波值的乘积，即：

U_{dc_R}＝k*I_{dc_flt}；

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量，k为阻尼系数，I_{dc_flt}为低通滤波后的换流端口直流电流。

调制电压单元中新的理想调制电压U_mmc的计算方法如下：

U_mmc＝(U_dc/2+U_{dc_R})+(±U_{ac_n})+(U_2nd)

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量；±U_{ac_n}为交流侧内外环解耦控制器根据交流实际值与期望值生成的交流侧调制分量；U_2nd为环流抑制控制器根据桥臂电流生成的环流抑制分量；U_dc/2为上下桥臂的调制电压的分量。

本发明还提出的一种柔性直流输电系统直流侧低频谐波阻尼控制系统，能够有效的抑制柔性直流输电系统中直流侧产生的低频谐波，降低直流侧谐波带来的线路损耗，减小换流阀等器件过压、过流、过温风险。本发明设计的直流侧谐波阻尼控制系统，在不改变现有的调制、均压、排序策略的基础上，提出了新的附加控制方法。该方法能够有效抑制因各换流端直流电压不平衡引起的直流侧谐波。同时，方法还具有实现简单、计算量小这些优点。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

S1：提取柔性直流输电系统各换流端口的直流电流I_dc；

S2：对直流电流I_dc进行带通滤波处理，得到带通滤波后的换流端口直流电流I_{dc_flt}；

S3：根据预设的阻尼系数k计算直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}；

S4：在桥臂调制电压分量上加入直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}，计算得到新的理想调制电压U_mmc；

S5：根据计算得到的理想调制电压U_mmc，选择相应的子模块N进行触发导通。

2.如权利要求1所述的柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法，其特征在于，步骤S2中进行带通滤波处理时，选取流入换流端的方向为直流电流正方向。

3.如权利要求1所述的柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法，其特征在于，步骤S3中直流侧谐波阻尼控制附加分量的计算方法包括，直流侧谐波阻尼控制附加分量等于阻尼系数与换流端端口直流电流滤波值的乘积，即：

U_{dc_R}＝k*I_{dc_flt}；

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量，k为阻尼系数，I_{dc_flt}为低通滤波后的换流端口直流电流。

4.如权利要求1所述的柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制方法，其特征在于，步骤S4中新的理想调制电压U_mmc的计算方法如下：

U_mmc＝(U_dc/2+U_{dc_R})+(±U_{ac_n})+(U_2nd)

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量；±U_{ac_n}为交流侧内外环解耦控制器根据交流实际值与期望值生成的交流侧调制分量；U_2nd为环流抑制控制器根据桥臂电流生成的环流抑制分量；U_dc/2为上下桥臂的调制电压的分量。

5.一种柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制系统，其特征在于，所述系统包括有：

直流电流数据处理单元，所述直流电流数据处理单元用于提取柔性直流输电系统换流端口的直流电流I_dc，并对直流电流I_dc进行低通滤波处理，得到低通滤波后的换流端口直流电流I_{dc_flt}；

阻尼控制附加分量单元，与直流电流数据处理单元连接，根据阻尼系数k计算直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}；

调制电压单元，与阻尼控制附加分量单元连接，通过在桥臂调制电压分量上加入直流侧谐波阻尼控制附加分量U_{dc_R}，计算得到新的理想调制电压U_mmc，根据理想调制电压U_mmc选择相应的子模块N进行触发导通。

6.如权利要求5所述的柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制系统，其特征在于，所述直流电流数据处理单元进行低通滤波处理时，选取流入换流端的方向为直流电流正方向。

7.如权利要求5所述的柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制系统，其特征在于，所述阻尼控制附加分量单元中直流侧谐波阻尼控制附加分量的计算方法包括，直流侧谐波阻尼控制附加分量等于阻尼系数与换流端端口直流电流滤波值的乘积，即：

U_{dc_R}＝k*I_{dc_flt}；

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量，k为阻尼系数，I_{dc_flt}为低通滤波后的换流端口直流电流。

8.如权利要求5所述的柔性直流输电系统直流侧谐波阻尼控制系统，其特征在于，调制电压单元中新的理想调制电压U_mmc的计算方法如下：

U_mmc＝(U_dc/2+U_{dc_R})+(±U_{ac_n})+(U_2nd)

其中，U_{dc_R}为直流侧谐波阻尼控制附加分量；±U_{ac_n}为交流侧内外环解耦控制器根据交流实际值与期望值生成的交流侧调制分量；U_2nd为环流抑制控制器根据桥臂电流生成的环流抑制分量；U_dc/2为上下桥臂的调制电压的分量。