CN111835010A - 阻断直流输电谐波振荡的控制方法、系统及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种阻断直流输电谐波振荡的控制方法、系统及终端设备，应用于直流输电系统上，所述直流输电系统中设置有反馈控制回路和PI控制器，所述直流输电系统上还设置有消除谐波分量装置，所述消除谐波分量装置位于所述反馈控制回路和所述PI控制器之间。通过在直流输电系统的反馈控制回路与PI控制器之间增加消除谐波分量装置，消除谐波分量装置消除反馈控制回路输出第一电气量中的谐波分量，实现阻断直流输电系统中的谐波分量在换流器控制中的传递，该阻断直流输电谐波振荡的控制方法结构简单、抑制效果好、成本低等优点，解决了现有直流输电中由回路谐振及外部谐波扰动引起的谐波振荡的技术问题。

Description

阻断直流输电谐波振荡的控制方法、系统及终端设备

技术领域

本发明涉及直流输电谐波技术领域，尤其涉及一种阻断直流输电谐波振荡的控制方法、系统及终端设备。

背景技术

目前在电力系统运行过程中，直流输电换流器对交直流电压和电流的调制作用可能导致谐波不稳定现象的发生，谐波不稳定主要表现为谐波振荡不衰减甚至放大的现象以及换流站交流母线电压严重畸变。

国际上将常规直流输电系统谐波不稳定问题分为由触发控制引起的谐波不稳定、电流环控制失稳、铁芯饱和失稳、交直流谐波交互作用等。由触发控制引起的谐波不稳定通常是与触发控制方式有关，传统的直流输电系统是采用按相触发方式控制，容易产生非特征谐波，在直流输电系统的主电路和控制参数不当的情况下引起谐波不稳定。自20世纪70年代起，直流输电的按相触发控制方式已经被淘汰，逐渐被等间隔触发脉冲方式代替，直流输电系统的谐波不稳定问题较少出现。

电流环控制失稳失稳引起的谐波不稳定通常是由于电流环控制参数与主电路电容、电感参数配合不当引起的。铁心饱和不稳定引起的谐波不稳定是由交直流系统中过多的低次谐波交互影响造成的，这些谐波通过变压器的磁通偏移放大，谐波和换流器交互影响又激励了这种放大。交直流谐波相互作用引起的谐波不稳定通常由交直流侧互补谐振产生，若在交流侧并联谐振频率f_ac与直流侧串联谐振频率f_dc之间满足关系f_ac＝f_dc±f₀(f₀为系统基频)，交流侧频率f_ac谐波电压在直流侧产生谐波电压在直流侧串联谐振条件下将产生很大的谐波电流，直流侧谐波电流通过换流器开关调制传导到交流侧，交流侧并联谐振将产生很大的谐波电压，形成一个相互激励。

由上可知，在直流输电系统中影响谐波振荡阻尼的因素较多，如换流器触发方式、交直流系统的结构与输电的强弱等，在电力设备的激励或者故障扰动下仍然导致谐波振荡现象发生。

发明内容

本发明实施例提供了一种阻断直流输电谐波振荡的控制方法、系统及终端设备，用于解决现有直流输电中由回路谐振及外部谐波扰动引起的谐波振荡的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种阻断直流输电谐波振荡的控制方法，应用于直流输电系统上，所述直流输电系统中设置有反馈控制回路和PI控制器，所述直流输电系统上还设置有消除谐波分量装置，所述消除谐波分量装置位于所述反馈控制回路和所述PI控制器之间，该阻断直流输电谐波振荡的控制方法包括以下步骤：

将所述反馈控制回路输出的第一电气量输入所述消除谐波分量装置中；

通过所述消除谐波分量装置将所述第一电气量中的谐波分量消除，输出直流分量；

将参考电气量与所述直流分量输入所述PI控制器，得到所述直流输电系统中换流器触发角；

其中，所述消除谐波分量装置包括n个串联连接的滤波器，所述第一电气量含有直流分量和谐波分量。

优选地，所述阻断直流输电谐波振荡的控制方法还包括：采用n个带阻滤波器串联组成的消除谐波分量装置。

优选地，所述阻断直流输电谐波振荡的控制方法还包括：采用n个二阶巴特沃斯滤波器串联组成的消除谐波分量装置。

所述消除谐波分量装置中滤波器的传递函数公式为：

式中，G(s)为，ω_k为第k个滤波器的中心频率，ξ为滤波器的阻尼比，s为拉普拉斯算子。

优选地，所述阻断直流输电谐波振荡的控制方法还包括：阻尼比为0.1～0.9的滤波器。

优选地，所述第一电气量为直流电流、直流电压或息弧角，对应于所述第一电气量，所述参考电气量也为直流电流参考值、直流电压参考值或息弧角参考值。

本发明还提供一种阻断直流输电谐波振荡的控制系统，应用于直流输电系统上，所述直流输电系统中设置有反馈控制回路和PI控制器，所述直流输电系统上还设置有消除谐波分量装置，所述消除谐波分量装置位于所述反馈控制回路和所述PI控制器之间，该阻断直流输电谐波振荡的控制系统包括输入单元、谐波分量消除单元和输出单元；

所述输入单元，用于将所述反馈控制回路输出的第一电气量输入所述消除谐波分量装置中；

所述谐波分量消除单元，用于通过所述消除谐波分量装置将所述第一电气量中的谐波分量消除，输出直流分量；

所述输出单元，用于将参考电气量与所述直流分量输入所述PI控制器，得到所述直流输电系统中换流器触发角；

其中，所述消除谐波分量装置包括n个串联连接的滤波器，所述第一电气量含有直流分量和谐波分量。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质用于存储计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法。

本发明还提供一种计算机程序，包括在程序代码，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行上述所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法。

本发明还提供一种终端设备，包括处理器以及存储器：

所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

1.该阻断直流输电谐波振荡的控制方法通过在直流输电系统的反馈控制回路与PI控制器之间增加消除谐波分量装置，消除谐波分量装置消除反馈控制回路输出第一电气量中的谐波分量，实现阻断直流输电系统中的谐波分量在换流器控制中的传递，该阻断直流输电谐波振荡的控制方法结构简单、抑制效果好、成本低等优点，解决了现有直流输电中由回路谐振及外部谐波扰动引起的谐波振荡的技术问题。

2.该阻断直流输电谐波振荡的控制系统通过在直流输电系统的反馈控制回路与PI控制器之间增加消除谐波分量装置，通过输入单元将第一电气量输入谐波分量消除单元的消除谐波分量装置中消除反馈控制回路输出第一电气量中的谐波分量，输出单元中的换流器触发角控制直流输电系统运行，实现阻断直流输电系统中的谐波分量在换流器控制中的传递，该阻断直流输电谐波振荡的控制系统结构简单、抑制效果好、成本低等优点，解决了现有直流输电中由回路谐振及外部谐波扰动引起的谐波振荡的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法的步骤流程图。

图2为本发明实施例所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法消除谐波分量装置的框架图。

图3为本发明实施例所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法滤波器的伯德图。

图4为本发明实施例所述的阻断直流输电谐波振荡的控制系统的框架图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供了一种阻断直流输电谐波振荡的控制方法、系统及终端设备，在直流输电系统的反馈控制回路与PI控制器之间增加消除谐波分量装置，消除谐波分量装置使得阻断直流输电系统中的谐波分量在换流器控制中的传递，该阻断直流输电谐波振荡的控制方法、系统及终端设备实施简单，抑制效果好，成本低的优点，用于解决了现有直流输电中由回路谐振及外部谐波扰动引起的谐波振荡的技术问题。

实施例一：

图1为本发明实施例所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法的步骤流程图，图2为本发明实施例所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法消除谐波分量装置的框架图。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种阻断直流输电谐波振荡的控制方法，应用于直流输电系统上，直流输电系统中设置有反馈控制回路和PI控制器，直流输电系统上还设置有消除谐波分量装置，消除谐波分量装置位于反馈控制回路和PI控制器之间，该阻断直流输电谐波振荡的控制方法包括以下步骤：

S1.将反馈控制回路输出的第一电气量输入消除谐波分量装置中；

S2.通过消除谐波分量装置将第一电气量中的谐波分量消除，输出直流分量；

S3.将参考电气量与直流分量输入PI控制器，得到直流输电系统中换流器触发角；

其中，消除谐波分量装置包括n个串联连接的滤波器，第一电气量含有直流分量和谐波分量。

在本发明实施例中，第一电气量可以为直流电流，可以为直流电压、息弧角等电气量，对应于第一电气量，参考电气量也为直流电流参考值、直流电压参考值、息弧角参考值等电气量。在本实施例中，第一电气量是以直流电流作为案例进行说明，对应于参考电气量是以直流电流参考值进行说明。

在本发明实施例中，从直流输电系统中的反馈控制回路输出的第一电气量存在m个振荡产生的谐波分量，频率分别为ω₁,ω₂…ω_m，则第一电气量中的直流电流可以表示为：

式中，I_dc为反馈控制回路输出的直流分量，A_i和

分别为第i次谐波分量的幅值和相位。

在本发明实施例中，经过滤波器环节后，第一电气量的输出经过滤波器后得到第二电气量I_f1，表达式为

式中，K为滤波器在频率处的增益，K_i和θ_i分别为滤波器在第i次谐波频率分量处的增益和相位。

图3为本发明实施例所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法滤波器的伯德图。

在本发明实施例中，如图3所示，在滤波器的中心频率附近，消除谐波分量装置的n个滤波器对应的增益K_i几乎为0，经过消除谐波分量装置的1...n个滤波器，第一电气量中的直流电流中频率分别为ω₁,ω₂…ω_n的振荡分量被滤除，但滤波器在频率处的增益K＝1，让第一电气量经过消除谐波分量装置处理后的直流电流分量的幅值保持不变，使得第一电气量中的直流电流中只含有直流电流分量I_dc，在PI控制器(比例积分控制器)控制的作用下，始终根据直流电流参考值I_ref，从而防止直流输电系统中的相关振荡谐波分量进入直流输电系统控制系统中，阻断交直流系统振荡相互作用回路，达到抑制直流输电系统谐波振荡的目的。

在本发明实施例中，通过参考电气量与直流分量输入PI控制器，得到直流输电系统中换流器触发角，通过该触发角控制直流输电系统的交直流电压、电流，避免了谐波不稳定现象的发生。

本发明提供的一种阻断直流输电谐波振荡的控制方法通过在直流输电系统的反馈控制回路与PI控制器之间增加消除谐波分量装置，消除谐波分量装置消除反馈控制回路输出第一电气量中的谐波分量，实现阻断直流输电系统中的谐波分量在换流器控制中的传递，该阻断直流输电谐波振荡的控制方法结构简单、抑制效果好、成本低等优点，解决了现有直流输电中由回路谐振及外部谐波扰动引起的谐波振荡的技术问题。

在本发明的一个实施例中，阻断直流输电谐波振荡的控制方法还包括：采用n个带阻滤波器串联组成的消除谐波分量装置。

需要说明的是，带阻滤波器是指能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，如点阻滤波器(notch filter)是一种特殊的带阻滤波器，它的阻带范围极小，有着很高的Q值。

在本发明的一个实施例中，该阻断直流输电谐波振荡的控制方法还包括：采用n个二阶巴特沃斯滤波器串联组成的消除谐波分量装置。消除谐波分量装置中滤波器的传递函数公式为：

式中，G(s)为传递函数，ω_k为第k个滤波器的中心频率，ξ为滤波器的阻尼比，s为拉普拉斯算子。

需要说明的是，巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种，它也被称作最大平坦滤波器，巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有纹波，而在阻频带则逐渐下降为零。在本实施例中，滤波器的阻尼比为0.1～0.9。

实施例二：

图4为本发明实施例所述的阻断直流输电谐波振荡的控制系统的框架图。

如图4所示，本发明实施例还提供一种阻断直流输电谐波振荡的控制系统，应用于直流输电系统上，直流输电系统中设置有反馈控制回路和PI控制器，直流输电系统上还设置有消除谐波分量装置，消除谐波分量装置位于反馈控制回路和PI控制器之间，该阻断直流输电谐波振荡的控制系统包括输入单元10、谐波分量消除单元20和输出单元30；

输入单元10，用于将反馈控制回路输出的第一电气量输入消除谐波分量装置中；

谐波分量消除单元20，用于通过消除谐波分量装置将第一电气量中的谐波分量消除，输出直流分量；

输出单元30，用于将参考电气量与直流分量输入PI控制器，得到直流输电系统中换流器触发角；

其中，消除谐波分量装置包括n个串联连接的滤波器，第一电气量含有直流分量和谐波分量。

在本发明实施例中，实施例二系统中单元是对应实施例一方法中步骤设置的，实施例一方法中的步骤已经详细阐述了，再此对于实施例二系统中的单元不再详细阐述。

本发明提供的一种阻断直流输电谐波振荡的控制系统通过在直流输电系统的反馈控制回路与PI控制器之间增加消除谐波分量装置，通过输入单元将第一电气量输入谐波分量消除单元的消除谐波分量装置中消除反馈控制回路输出第一电气量中的谐波分量，输出单元中的换流器触发角控制直流输电系统运行，实现阻断直流输电系统中的谐波分量在换流器控制中的传递，该阻断直流输电谐波振荡的控制系统结构简单、抑制效果好、成本低等优点，解决了现有直流输电中由回路谐振及外部谐波扰动引起的谐波振荡的技术问题。

实施例三：

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机存储介质用于存储计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法。

实施例四：

本发明实施例还提供一种终端设备，其特征在于，包括处理器以及存储器：

存储器，用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器，用于根据程序代码中的指令执行上述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法。

实施例五：

本发明实施例还提供一种计算机程序，包括在程序代码，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行上述所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法。

示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在设备中的执行过程。

设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，并不构成对设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以是计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。存储器也可以是计算机设备的外部存储设备，例如计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、方法和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种阻断直流输电谐波振荡的控制方法，应用于直流输电系统上，所述直流输电系统中设置有反馈控制回路和PI控制器，其特征在于，所述直流输电系统上还设置有消除谐波分量装置，所述消除谐波分量装置位于所述反馈控制回路和所述PI控制器之间，该阻断直流输电谐波振荡的控制方法包括以下步骤：

将所述反馈控制回路输出的第一电气量输入所述消除谐波分量装置中；

通过所述消除谐波分量装置将所述第一电气量中的谐波分量消除，输出直流分量；

将参考电气量与所述直流分量输入所述PI控制器，得到所述直流输电系统中换流器触发角；

其中，所述消除谐波分量装置包括n个串联连接的滤波器，所述第一电气量含有直流分量和谐波分量。

2.根据权利要求1所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法，其特征在于，还包括：采用n个带阻滤波器串联组成的消除谐波分量装置。

3.根据权利要求1所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法，其特征在于，所述第一电气量为直流电流、直流电压或息弧角，对应于所述第一电气量，所述参考电气量也为直流电流参考值、直流电压参考值或息弧角参考值。

4.根据权利要求1所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法，其特征在于，还包括：采用n个二阶巴特沃斯滤波器串联组成的消除谐波分量装置。

5.根据权利要求4所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法，其特征在于，所述消除谐波分量装置中滤波器的传递函数公式为：

式中，G(s)为，ω_k为第k个滤波器的中心频率，ξ为滤波器的阻尼比，s为拉普拉斯算子。

6.根据权利要求5所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法，其特征在于，还包括：阻尼比为0.1～0.9的滤波器。

7.一种阻断直流输电谐波振荡的控制系统，应用于直流输电系统上，所述直流输电系统中设置有反馈控制回路和PI控制器，其特征在于，所述直流输电系统上还设置有消除谐波分量装置，所述消除谐波分量装置位于所述反馈控制回路和所述PI控制器之间，该阻断直流输电谐波振荡的控制系统包括输入单元、谐波分量消除单元和输出单元；

所述输入单元，用于将所述反馈控制回路输出的第一电气量输入所述消除谐波分量装置中；

所述谐波分量消除单元，用于通过所述消除谐波分量装置将所述第一电气量中的谐波分量消除，输出直流分量；

所述输出单元，用于将参考电气量与所述直流分量输入所述PI控制器，得到所述直流输电系统中换流器触发角；

其中，所述消除谐波分量装置包括n个串联连接的滤波器，所述第一电气量含有直流分量和谐波分量。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质用于存储计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-6任意一项所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法。

9.一种计算机程序，其特征在于，包括在程序代码，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行如权利要求1-6任意一项所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法。

10.一种终端设备，其特征在于，包括处理器以及存储器：

所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1-6任意一项所述的阻断直流输电谐波振荡的控制方法。

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