CN111082447A - 一种提升联接弱交流电网vsc-hvdc稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法 - Google Patents

一种提升联接弱交流电网vsc-hvdc稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种提升联接弱交流电网VSC‑HVDC稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法，首先根据锁相环跟踪相角和交流系统基准相角得到相角偏差量作为附加相位变化速率负反馈控制方法的输入量；然后将相角偏差量经过速率反馈环节得到有功功率补偿量；最后将得到的有功功率补偿量引入至电流矢量控制的有功功率外环控制器。所提方法可以有效抑制联接弱交流电网的VSC‑HVDC由于较大的锁相环带宽而引起的振荡失稳现象，从而有效提高系统的稳定裕度。

Description

一种提升联接弱交流电网VSC-HVDC稳定性的附加相位变化速 率负反馈控制方法
技术领域
本发明属于输配电技术领域，具体涉及一种提升联接弱交流电网VSC-HVDC稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法。
背景技术
基于电压源型换流器的柔性直流输电(voltage source converter based highvoltage direct current,VSC-HVDC)系统采用全控型电力电子器件，可以独立控制有功和无功功率，无换相失败风险，因此被广泛应用于新能源输送、电网互联、向弱电网或无源网络供电等领域。
但近年来的研究表明，采用经典电流矢量控制的VSC-HVDC在联接弱交流电网时容易出现动态失稳问题，尤其当受端交流电网强度较弱时，锁相环控制参数的变化是影响VSC-HVD系统稳定性的关键因素。虽然减小锁相环带宽可以提高联接弱交流电网的VSC-HVDC的稳定性，但使用过小的锁相环带宽将导致系统的动态性能变差。因此有必要提出合适的控制方法来抑制联接弱交流电网的VSC-HVDC由于较大的锁相环带宽而引起的振荡失稳现象，并提高系统的稳定裕度。借鉴励磁控制稳定器的结构，本发明提出了一种附加相位变化速率负反馈控制方法，将基于相角偏差量得到的有功功率补偿量引入至电流矢量控制的有功功率外环控制器，以此来有效抑制联接弱交流电网的VSC-HVDC系统由于锁相环带宽较大而带来的动态失稳现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种提升联接弱交流电网VSC-HVDC稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法，其目的是为了有效抑制联接弱交流电网的VSC-HVDC由于较大的锁相环带宽而引起的振荡失稳现象，从而有效提高系统的稳定裕度。
为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种提升联接弱交流电网VSC-HVDC稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，根据锁相环跟踪相角和交流系统基准相角得到相角偏差量；
步骤2，将相角偏差量经过速率反馈环节得到有功功率的补偿量；
步骤3，将步骤2得到的有功功率补偿量引入至电流矢量控制的有功功率外环控制器。
所述步骤1的过程具体为：
根据锁相环跟踪相角和交流系统基准相角得到相角偏差量：
θd＝θPLL-θn
其中，θPLL为锁相环跟踪相角，θn为交流系统基准相角。
步骤2中，有功功率的补偿量是基于相角偏差量经过速率反馈环节得到：
Figure BDA0002319411440000021
其中，θd为相角偏差量，KF和TF为速率反馈控制方法的参数。
在步骤3中，按下式获得引入附加相位变化速率负反馈控制方法后的有功功率指令值：
Figure BDA0002319411440000022
其中，Pref为引入附加相位变化速率负反馈控制方法前的有功功率指令值，PDF为由附加相位变化速率负反馈控制引入的有功功率补偿量。
本发明提供的一种提升联接弱交流电网VSC-HVDC稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法，能够有效抑制联接弱交流电网的VSC-HVDC系统由于锁相环带宽较大而带来的动态失稳问题，从而提升系统的稳定裕度。
附图说明
图1为本发明提供的提升联接弱交流电网VSC-HVDC稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法的结构框图。
图2为本发明提供的VSC-HVDC在联接弱交流电网并传输额定有功功率时，锁相环带宽在0.5s由20Hz增大至30Hz，并在0.95s投入附加相位变化速率负反馈控制的PSCAD/EMTDC仿真波形。
具体实施方式
下面结合附图和实施例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，而不是全部实施例。
如图1所示，VSC-HVDC系统采用经典的电流矢量控制，包括外环电压控制和内环电流控制，以调节系统的有功及无功功率。以采用定有功功率和定无功功率的控制方式为例进行说明。基于Pref和Qref的外环控制器向内环电流控制器提供有功和无功电流参考值idref和iqref，内环电流控制器通过PI环节的运算产生换流器交流侧参考电压值ucd和ucq。此外，VSC-HVDC系统采用经典的二阶锁相环为d-q变换提供参考相角θPLL。为效抑制联接弱交流电网的VSC-HVDC由于较大的锁相环带宽而引起的振荡失稳现象，本发明提供了一种提升联接弱交流电网VSC-HVDC稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法，首先根据锁相环跟踪相角和交流系统基准相角得到相角偏差量作为附加相位变化速率负反馈控制方法的输入量；然后将相角偏差量经过速率反馈环节得到有功功率补偿量；最后将得到的有功功率补偿量引入至电流矢量控制的有功功率外环控制器。
以图2所示的仿真为例，初始状态时，锁相环带宽为20Hz的VSC系统向弱交流电网输送额定有功有功功率，在t＝0.5s时，将锁相环带宽从20Hz阶跃至30Hz，VSC系统发生振荡失稳现象，t＝0.95s时，投入所提的速率反馈控制，VSC系统恢复稳定，说明本发明提供的附加相位变化速率负反馈控制方法可以有效抑制联接弱交流电网的VSC-HVDC由于较大的锁相环带宽而引起的振荡失稳现象，从而有效提高系统的稳定裕度。
上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种提升联接弱交流电网VSC-HVDC稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，根据锁相环跟踪相角和交流系统基准相角得到相角偏差量；
步骤2，将相角偏差量经过速率反馈环节得到有功功率的补偿量；
步骤3，将步骤2得到的有功功率补偿量引入至电流矢量控制的有功功率外环控制器。
2.根据权利要求1所述的提升联接弱交流电网VSC-HVDC稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法，其特征在于，根据锁相环跟踪相角和交流系统基准相角得到相角偏差量：
θd＝θPLL-θn
其中，θPLL为锁相环跟踪相角，θn为交流系统基准相角。
3.根据权利要求1所述的提升联接弱交流电网VSC-HVDC稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法，其特征在于，将相角偏差量经过速率反馈环节得到有功功率的补偿量：
Figure FDA0002319411430000011
其中，θd为相角偏差量，KF和TF为附加相位变化速率负反馈控制方法的参数。
4.根据权利要求1、2、3所述的提升联接弱交流电网VSC-HVDC稳定性的附加相位变化速率负反馈控制方法，其特征在于，按下式得到引入附加相位变化速率负反馈控制方法后的有功功率指令值：
Figure FDA0002319411430000012
其中，Pref为引入附加相位变化速率负反馈控制方法前的有功功率指令值，PDF为由附加相位变化速率负反馈控制引入的有功功率补偿量。
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