CN112421663A - 稳定性提升及过电流限制的vsc-hvdc的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种兼具稳定性提升及过电流限制的VSC‑HVDC的控制方法，保留常规VSC换流器的锁相环和电流矢量控制中的外环控制器，而对内环控制器进行改进。d轴内环电流控制引入同步环节和阻尼环节以产生VSC换流器出口侧电压的相角信号；q轴内环电流控制采用下垂控制环节得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号。同时，在交流故障工况下通过切换VSC换流器出口侧电压的幅值和相角信号来限制换流器出口侧电流，具体方式为将锁相环输出相角作为VSC换流器出口侧电压的相角信号，根据所期望换流器输出的无功功率和母线电压的关系得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号。

Description

稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法
技术领域
本发明属于输配电技术领域，具体涉及一种兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法。
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)具备四象限独立控制有功和无功功率、不需要交流系统提供换相支撑、且不存在换相失败风险等技术优势，被广泛应用于新能源输送、电网异步互联、向孤岛和弱系统供电等领域。
而现有研究及工程现状表明，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，因此有必要提出能够提升VSC-HVDC稳定性的控制方法，尤其在联接弱交流系统工况下使VSC-HVDC也能够稳定运行。本发明提出一种兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，保留常规VSC换流器的锁相环和电流矢量控制中的外环控制器，而对内环控制器进行重新设计，d轴内环电流控制引入同步环节和阻尼环节以产生VSC换流器出口侧电压的相角信号，q轴内环电流控制采用下垂控制环节得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号，并在交流故障工况下通过切换VSC换流器出口侧电压的幅值和相角信号来限制换流器出口侧电流，以此来有效提高VSC-HVDC的稳定裕度，并使VSC换流器在交流故障工况下仍具有限制过电流的能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，该方法能够有效提升VSC-HVDC的稳定性，并使VSC换流器在交流故障工况下仍具有限制过电流的能力。
为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，保留常规VSC换流器的锁相环和电流矢量控制中的外环控制器，而对内环控制器进行重新设计。其中，d轴内环电流控制引入同步环节和阻尼环节以产生VSC换流器出口侧电压的相角信号；q轴内环电流控制采用下垂控制环节得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号。同时，在交流故障工况下切换VSC换流器出口侧电压的幅值和相角信号，具体方式为将锁相环输出相角作为VSC换流器出口侧电压的相角信号，根据所期望换流器输出的无功功率和母线电压的关系得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号。
由d轴内环电流控制中引入的同步环节得到同步分量：
Csyn＝Ks(idref-id)
其中，Ks定义为同步系数，idref为由外环控制器得到的d轴电流指令值，id为换流器出口电流的d轴分量。
由d轴内环电流控制中引入的阻尼环节得到阻尼分量：
Cdam＝Kd(ω0-ω1)
其中，Kd定义为阻尼系数，ω0为额定角频率，ω1为输出角频率。
输出角频率由同步分量和阻尼分量计算得到：
Figure BDA0002720577310000021
其中，s表示微分算子。
由输出角频率得到VSC换流器出口侧电压的相角信号：
Figure BDA0002720577310000022
VSC换流器出口侧电压的幅值信号由q轴内环电流控制采用下垂控制环节得到：
Enom＝E0+Kq(iqref-iq0)
其中，Kq定义为下垂系数，E0为额定运行状态下VSC换流器出口侧电压幅值，iqref为由外环控制器得到的q轴电流指令值，iq0为额定运行状态下VSC换流器出口电流q轴分量。
在交流故障工况下将锁相环输出相角作为VSC换流器出口侧电压的相角信号，即：
δfal＝θPLL
其中，θPLL为锁相环输出相角。
在交流故障工况下根据所期望换流器输出的无功功率和母线电压的关系得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号：
Figure BDA0002720577310000023
其中，Ut为交流母线电压，X为变压器漏抗，Q为交流故障下所期望换流器输出的无功功率。
本发明提供的一种兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法能够有效抑制VSC-HVDC在联接弱交流电网时的振荡现象，并使VSC换流器仍具有在交流故障工况下限制过电流的能力。
附图说明
图1为本发明提供的兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法的结构框图。
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。
本发明实施例所述方法应用于VSC-HVDC系统中，如图1所示，本发明提供的一种兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法保留常规VSC换流器的锁相环和电流矢量控制中的外环控制器，而对内环控制器进行重新设计。具体来说，d轴内环电流控制引入同步环节和阻尼环节分别得到同步分量和阻尼分量，并进一步计算产生VSC换流器出口侧电压的相角信号；q轴内环电流控制采用下垂控制环节得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号。同时，在交流故障工况下将锁相环输出相角作为VSC换流器出口侧电压的相角信号，根据所期望换流器输出的无功功率和母线电压的关系得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号。
由d轴内环电流控制中引入的同步环节得到同步分量：
Csyn＝Ks(idref-id)
其中，Ks定义为同步系数，idref为由外环控制器得到的d轴电流指令值，id为换流器出口电流的d轴分量。
由d轴内环电流控制中引入的阻尼环节得到阻尼分量：
Cdam＝Kd(ω0-ω1)
其中，Kd定义为阻尼系数，ω0为额定角频率，ω1为输出角频率。
输出角频率由同步分量和阻尼分量计算得到：
Figure BDA0002720577310000041
其中，s表示微分算子。
由输出角频率得到VSC换流器出口侧电压的相角信号：
Figure BDA0002720577310000042
VSC换流器出口侧电压的幅值信号由q轴内环电流控制采用下垂控制环节得到：
Enom＝E0+Kq(iqref-iq0)
其中，Kq定义为下垂系数，E0为额定运行状态下VSC换流器出口侧电压幅值，iqref为由外环控制器得到的q轴电流指令值，iq0为额定运行状态下VSC换流器出口电流q轴分量。
在交流故障工况下将锁相环输出相角作为VSC换流器出口侧电压的相角信号，即：
δfal＝θPLL
其中，θPLL为锁相环输出相角。
在交流故障工况下根据所期望换流器输出的无功功率和母线电压的关系得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号：
Figure BDA0002720577310000043
其中，Ut为交流母线电压，X为变压器漏抗，Q为交流故障下所期望换流器输出的无功功率。
通过此方法可以有效提升VSC-HVDC系统的稳定性，并使VSC换流器在交流故障工况下仍具有限制过电流的能力。
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 (9)

1.一种兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，其中，VSC-HVDC包括VSC换流器的锁相环、电流矢量控制中的外环控制器以及内环控制器，其特征在于，d轴内环电流控制包括同步环节和阻尼环节，用以产生VSC换流器出口侧电压的相角信号；q轴内环电流控制采用下垂控制环节得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号，在交流故障工况下切换VSC换流器出口侧电压的幅值和相角信号。
2.根据权利要求1所述的兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，其特征在于：将锁相环输出相角作为VSC换流器出口侧电压的相角信号，根据所期望换流器输出的无功功率和母线电压的关系得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号。
3.根据权利要求1或2所述的兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，其特征在于，通过d轴内环电流控制中的同步环节得到同步分量：
Csyn＝Ks(idref-id)
其中，Ks定义为同步系数，idref由外环控制器得到的d轴电流指令值，id为换流器出口电流的d轴分量。
4.根据权利要求3所述的兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，其特征在于，通过d轴内环电流控制中的阻尼环节得到阻尼分量：
Cdam＝Kd(ω0-ω1)
其中，Kd定义为阻尼系数，ω0为额定角频率，ω1为输出角频率。
5.根据权利要求4所述的兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，其特征在于，输出角频率由同步分量和阻尼分量计算得到：
Figure FDA0002720577300000011
其中，s表示微分算子。
6.根据权利要求5所述的兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，其特征在于，由输出角频率得到VSC换流器出口侧电压的相角信号：
Figure FDA0002720577300000012
7.根据权利要求1或2所述的兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，其特征在于，VSC换流器出口侧电压的幅值信号由q轴内环电流控制采用下垂控制环节得到：
Enom＝E0+Kq(iqref-iq0)
其中，Kq定义为下垂系数，E0为额定运行状态下VSC换流器出口侧电压幅值，iqref为由外环控制器得到的q轴电流指令值，iq0为额定运行状态下VSC换流器出口电流q轴分量。
8.根据权利要求1或2所述的兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，其特征在于，在交流故障工况下将锁相环输出相角作为VSC换流器出口侧电压的相角信号，即：
δfal＝θPLL
其中，θPLL为锁相环输出相角。
9.根据权利要求1或2所述的兼具稳定性提升及过电流限制的VSC-HVDC的控制方法，其特征在于，在交流故障工况下根据所期望换流器输出的无功功率和母线电压的关系得到VSC换流器出口侧电压的幅值信号：
Figure FDA0002720577300000021
其中，Ut为交流母线电压，X为变压器漏抗，Q为交流故障下所期望换流器输出的无功功率。
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