CN112564131B - Lcc-hvdc系统功率振荡阻尼抑制方法及系统 - Google Patents

Lcc-hvdc系统功率振荡阻尼抑制方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112564131B
CN112564131B CN202011388614.3A CN202011388614A CN112564131B CN 112564131 B CN112564131 B CN 112564131B CN 202011388614 A CN202011388614 A CN 202011388614A CN 112564131 B CN112564131 B CN 112564131B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lcc
damping
hvdc system
power
direct current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011388614.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112564131A (zh
Inventor
罗安
尹寒航
周小平
洪乐荣
夏海涛
刘一锋
朱仁龙
舒钰成
邓凌峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN202011388614.3A priority Critical patent/CN112564131B/zh
Publication of CN112564131A publication Critical patent/CN112564131A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112564131B publication Critical patent/CN112564131B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H02J2003/365—Reducing harmonics or oscillations in HVDC
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种LCC‑HVDC系统功率振荡阻尼抑制方法及系统，LCC‑HVDC系统角频率ω经过所述功率阻尼控制器后，与直流电流偏差量叠加，作为LCC‑HVDC系统整流侧定直流电流PI控制器的输入。本发明所提功率振荡阻尼抑制方法通过功率阻尼控制器的引入有效增强了LCC‑HVDC系统的阻尼特性，提高了LCC‑HVDC系统控制器参数的可行域，保证了LCC‑HVDC系统在大功率工况下的运行稳定性。

Description

LCC-HVDC系统功率振荡阻尼抑制方法及系统
技术领域
本发明涉及直流输电系统稳定性分析领域，特别是一种LCC-HVDC系统功率振荡阻尼抑制方法及系统。
背景技术
电网换相高压直流输电(LCC-HVDC)具有输电容量大，兼顾传输损耗低、输电可靠性高、输电功率调节迅速灵活、非同步联络能力强等优点，在我国“西电东送”、“南北互供”和“全国联网”战略中扮演着重要角色。我国特高压直流送端换流站大多建设在大规模新能源集中开发的偏远地区，网架薄弱、短路容量不足问题突出，直流故障易引起系统暂态电压升高，导致新能源脱网。随着LCC-HVDC输电容量的不断增加，交直流系统之间的相互作用更趋复杂，尤其是大规模、集中式新能源接入弱支撑送端系统，LCC-HVDC系统送端将可能出现功率振荡现象，严重制约了LCC-HVDC系统的大功率安全稳定运行。
为分析LCC-HVDC交直流系统相互作用及控制系统对LCC-HVDC运行特性的影响，目前已有技术着重分析参数影响规律，通过建立状态空间方程来进行特征根灵敏度分析，但这种方法应用于LCC-HVDC系统时，存在由于系统规模过大导致计算量繁琐的缺陷，且对振荡现象发生的物理机理及系统阻尼特性阐述不明确。基于此方法提出的阻尼协调控制策略大多通过试凑的方法寻找特征根轨迹的运动规律，从而大致确定控制器中阻尼系数的可行域。基于幅相方程建模的方法从外部端口特性来对电力系统进行物理关系推导，分析不平衡功率与内电流/内电势幅值、相位之间的激励响应关系，可用于阐明交直流系统与换流站之间的相互作用，且能对系统阻尼特性进行准确推导。但目前少有文献基于幅相方程模型，结合闭环传递函数与阻尼系数分析，提出相应功率振荡阻尼抑制方法来改善LCC-HVDC系统阻尼特性。
针对LCC-HVDC系统送端换流站可能出现的功率振荡现象，有必要基于LCC-HVDC系统的小信号模型，并结合闭环传递函数，从物理机理即阻尼系数的角度研究LCC-HVDC控制器参数对系统小信号稳定性的影响。本发明中LCC系统换流器基于幅相运动方程进行建模(见Lu J，Yuan X，Hu J，et al.Motion Equation Modeling of LCC-HVDC Stations forAnalyzing DC and AC Network Interactions[J].IEEE Transactions on PowerDelivery，2020，35(3)：1563-1574.)。本发明通过提出功率振荡阻尼抑制方法来提高LCC-HVDC系统控制器参数的可行域，改善系统阻尼特性，从而保证LCC-HVDC系统的运行稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种LCC-HVDC系统功率振荡阻尼抑制方法及系统，改善系统阻尼特性，从而保证LCC-HVDC系统的运行稳定性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种LCC-HVDC系统功率振荡阻尼抑制方法，包括以下步骤：利用下式计算LCC-HVDC系统整流侧触发角指令
Figure BDA0002811616710000021
Figure BDA0002811616710000022
其中，超前触发角指令
Figure BDA0002811616710000023
的计算公式为：
Figure BDA0002811616710000024
idrF＝idp+ωdamp；kpi和kii分别为整流侧直流电流PI控制器的比例系数和积分系数；ωdamp＝ω·Gdamp(s)；
Figure BDA0002811616710000025
Figure BDA0002811616710000026
为直流电流指令；idr为整流侧直流电流采样值；Ti为整流侧直流电流采样滤波时间常数；ω为LCC-HVDC系统角频率；Gdamp为附加功率阻尼控制器。
本发明功率振荡阻尼抑制方法通过附加功率阻尼控制器Gdamp(s)的引入，有效抑制了LCC-HVDC系统谐振峰，从而增加了系统阻尼特性，提高了LCC-HVDC系统的小信号稳定性。
附加功率阻尼控制器Gdamp(s)表达式为：Gdamp(s)＝GHPF(s)·GLead(s)；其中，GHPF(s)为高通滤波器，其表达式为
Figure BDA0002811616710000027
GLead(s)为超前环节调节器，其表达式为
Figure BDA0002811616710000028
其中，τ1为高通滤波器时间常数；τ2为超前环节调节器时间常数；a为超前环节分度系数；b为超前环节补偿增益。
本发明附加功率阻尼控制器Gdamp(s)包含高通滤波器及超前环节调节器，其中高通滤波器起到隔直环节的作用，使所述功率阻尼控制器仅在LCC-HVDC系统振荡时启用；超前环节调节器用于提高LCC-HVDC系统谐振角频率ωo处相角裕度，起到抑制LCC-HVDC系统谐振峰，增加LCC-HVDC系统稳定性的作用。
根据
Figure BDA0002811616710000031
计算高通滤波器时间常数τ1；fc为高通滤波器截止频率；根据拟增加相角裕量
Figure BDA0002811616710000032
计算超前环节分度系数a；根据
Figure BDA0002811616710000033
计算超前环节补偿增益b；根据超前环节调节器最大相位处角频率满足
Figure BDA0002811616710000034
计算超前环节调节器时间常数τ2；ωo为LCC-HVDC系统谐振峰对应的振荡角频率。
本发明给出了附加功率阻尼控制器Gdamp(s)参数设计过程，为LCC-HVDC系统功率振荡阻尼抑制方法提供控制参数设计指导。
本发明的方法还包括：当LCC-HVDC系统整流侧直流电流PI控制器的比例系数kpi变化时，若Re[ΔPubr(jωo)/Δidr(jωo)]＞0，则代表LCC-HVDC系统具有负阻尼特性，系统将会振荡失稳；若Re[ΔPubr(jωo)/Δidr(jωo)]＜0，则代表LCC-HVDC系统具有正阻尼特性，系统小信号稳定；其中，ΔPubr(jωo)/Δidr(jωo)代表在LCC-HVDC系统谐振角频率ωo处，不平衡功率ΔPubr与直流电流Δidr之间开环传递函数的频率响应表达式；Re代表取频率响应实数部分。不平衡功率ΔPubr与直流电流Δidr之间的开环传递函数表达式为：
Figure BDA0002811616710000035
其中，Ti为整流侧直流电流采样滤波时间常数；M(s)和D(s)分别为LCC换流器等效惯性系数与阻尼系数；Gdamp(s)为附加功率阻尼控制器；Gdec(1,1)为交流电流幅值支路解耦到相位支路后，等效交流电流相位θrp至交流有功功率Pr之间的关系式。
本发明利用阻尼系数研究方法，分析整流侧定直流电流PI控制器的比例系数kpi对LCC-HVDC系统阻尼特性的影响，可以有效判断LCC-HVDC系统的阻尼特性与小信号稳定性。
本发明还提供了一种LCC-HVDC系统功率振荡阻尼抑制系统，包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明提出了一种功率振荡阻尼抑制方法，通过附加功率阻尼控制器Gdamp(s)的引入，提高了LCC-HVDC系统原有谐振频率ωo处的相角裕度，有效抑制了LCC-HVDC系统谐振峰，能有效提高LCC-HVDC系统控制器参数的可行域，增加系统阻尼特性，保证LCC-HVDC系统在大功率工况下的运行稳定性；基于LCC-HVDC系统幅相方程小信号模型，利用闭环传递函数以及阻尼系数研究方法展开分析，具有能阐明振荡现象物理机理及系统阻尼特性的优势。
附图说明
图1为本发明一实施例LCC-HVDC系统主电路拓扑结构图；
图2为本发明一实施例LCC-HVDC控制系统及附加功率振荡阻尼抑制控制框图；
图3为本发明一实施例LCC-HVDC系统小信号模型；
图4(a)为本发明一实施例LCC-HVDC系统不同整流侧直流电流PI控制器比例系数下闭环传递函数频率响应曲线，图4(b)为本发明一实施例LCC-HVDC系统不同整流侧直流电流PI控制器比例系数下阻尼系数频率响应曲线，图4(c)为本发明一实施例LCC-HVDC系统振荡工况下仿真与小信号模型拟合波形；
图5(a)为本发明一实施例LCC-HVDC系统附加功率振荡阻尼抑制方法下闭环传递函数频率响应曲线，图5(b)为本发明一实施例LCC-HVDC系统附加功率振荡阻尼抑制方法下阻尼系数频率响应曲线，图5(c)为本发明一实施例LCC-HVDC系统附加功率振荡阻尼抑制控制器工况下仿真与小信号模型拟合波形。
具体实施方式
参见附图1，本发明一实施例LCC-HVDC系统主电路拓扑结构图。LCC-HVDC系统包括送端电网、整流站换流器、直流线路、逆变站换流器、交流滤波器、受端电网。其中：vsr,i和isr,i分别为交流电网侧电压、交流电流；vtr,i和itr,i分别为交流母线侧电压、交流电流；vdr,i和idr,i分别为直流电压、直流电流；vC为直流线路电容电压；Pdr,i为直流有功功率；Pr,i和Qr,i分别为交流有功、无功功率；Lsr,i、Rsr,i分别为交流电网电感和电阻；Ldr,i、Rdr,i、Cd分别为直流线路电感、电阻和电容；kTr和kTi分别为整流侧、逆变侧换流变压器变比；下标r，i分别代表整流侧、逆变侧。
参见附图2，本发明一实施例LCC-HVDC控制系统及附加功率振荡阻尼抑制控制框图。LCC-HVDC控制系统包含整流侧定直流电流控制器、逆变侧定直流电压控制器、锁相环，其控制方程分别为：
Figure BDA0002811616710000041
Figure BDA0002811616710000051
Figure BDA0002811616710000052
式中：
Figure BDA0002811616710000053
和
Figure BDA0002811616710000054
分别为整流侧、逆变侧控制器输出触发角指令；
Figure BDA0002811616710000055
和
Figure BDA0002811616710000056
分别为直流电流、直流电压指令；Ti和Tu分别为整流侧直流电流、逆变侧直流电压采样滤波时间常数；θu和θpll分别为交流母线电压相位、锁相环输出相位；kpi和kii分别为整流侧直流电流控制器比例、积分系数；kpu和kiu分别为逆变侧直流电压控制器比例、积分系数；kpp和kip分别为锁相环比例、积分系数；
本发明所提出的附加功率阻尼控制器包含高通滤波器及超前环节调节器，所述附加功率阻尼控制器具体实现过程包括以下步骤：
1)所述附加功率阻尼控制器中的高通滤波器即隔直环节，使所述功率阻尼控制器仅在LCC-HVDC系统振荡时启用。所述高通滤波器表达式GHPF(s)为：
Figure BDA0002811616710000057
本发明中高通滤波器截止频率fc选择为30Hz，则根据
Figure BDA0002811616710000058
计算τ1＝0.0053；
2)在LCC-HVDC系统闭环传递函数谐振角频率ωo处，所述附加功率阻尼控制器中的超前环节调节器用于提高LCC-HVDC系统相角裕度，抑制LCC-HVDC系统谐振峰，从而增加LCC-HVDC系统稳定性。所述超前环节调节器表达式GLead(s)为：
Figure BDA0002811616710000059
本发明根据拟增加相角裕量
Figure BDA00028116167100000510
计算a＝3.6904；根据
Figure BDA00028116167100000511
计算b＝0.521；根据超前环节调节器最大相位处角频率满足
Figure BDA00028116167100000512
计算τ2＝0.0012；
3)所述附加功率阻尼控制器由步骤1)所述高通滤波器与步骤2)所述超前环节调节器串联而成，则本发明所设计附加功率阻尼控制器表达式Gdamp(s)为：
Figure BDA0002811616710000061
本发明所提功率振荡阻尼抑制方法通过功率阻尼控制器的引入，起到有效增强LCC-HVDC系统阻尼特性的作用，所述功率振荡阻尼抑制方法具体实现过程如下：
1)LCC-HVDC系统整流侧定直流电流控制器中，直流电流偏差量idp计算表达式如下：
Figure BDA0002811616710000062
2)LCC-HVDC系统角频率ω经过所述功率阻尼控制器后得到ωdamp，ωdamp表达式如下：
ωdamp＝ω·Gdamp(s) (8)
3)所述直流电流偏差量idp与所述ωdamp叠加，得到idrF作为LCC-HVDC系统整流侧定直流电流PI控制器的输入，idrF表达式如下：
idrF＝idp+ωdamp (9)
4)所述idrF经过LCC-HVDC系统整流侧定直流电流PI控制器后，得到输出超前触发角指令
Figure BDA0002811616710000063
表达式如下：
Figure BDA0002811616710000064
5)所述超前输出触发角指令
Figure BDA0002811616710000065
与π做差，得到整流侧触发角指令
Figure BDA0002811616710000066
表达式如下：
Figure BDA0002811616710000067
参见附图3，本发明一实施例LCC-HVDC系统小信号模型。本发明中LCC换流器幅相方程建模过程见Lu J，Yuan X，Hu J，et al.Motion Equation Modeling of LCC-HVDCStations for Analyzing DC and AC Network Interactions[J].IEEE Transactions onPower Delivery，2020，35(3)：1563-1574。图3中M(s)、D(s)为LCC换流器惯性、阻尼系数，耦合支路中输入交流有功功率Pr至输出交流电流相位θr、输入交流无功功率Qr至输出交流电流相位θr、不平衡功率Pubr至交流电流幅值Imr、输入交流无功功率Qr至输出交流电流幅值Imr之间的传递函数表达式分别为：
Figure BDA0002811616710000071
Figure BDA0002811616710000072
Figure BDA0002811616710000073
GImQ(s)＝0 (15)
式中：
Figure BDA0002811616710000074
为功率因素角；μr为换相角；Vmr和Imr分别为交流母线电压幅值、交流电流幅值；Lr为等效直流电感；
建立LCC-HVDC系统交流整合网络模型具体实现过程包括以下步骤：
1)建立交流电网及交流滤波器的状态空间方程，分别为：
Figure BDA0002811616710000075
ΔYnet＝CnetΔXnet (16)
Figure BDA0002811616710000076
ΔYf＝CfΔXf (17)
式中：交流电网状态变量为ΔXnet＝[ΔisR,ΔisI]T；交流电网输入变量为ΔUnet＝[ΔvtR,ΔvtI]T，ΔUnet1＝[ΔvsR,ΔvsI]T；交流电网输出变量为ΔYnet＝[ΔisR,ΔisI]T；交流滤波器状态变量对应滤波器中各支路的电感电流、电容电压；交流滤波器输入变量为ΔUf＝[ΔisR,ΔisI]T，ΔUf1＝[ΔitR,ΔitI]T；交流滤波器输出变量为ΔYf＝[ΔvtR,ΔvtI]T；由于交流电网的输入变量ΔUnet是交流滤波器的输出变量ΔYf，交流滤波器的输入变量ΔUf是交流电网的输出变量ΔYnet，将矩阵进行整合后可以得到整合交流侧的状态空间方程；
Figure BDA0002811616710000077
ΔYAll＝CAllΔXAll+DAllΔUAll (18)
2)将整合交流侧的状态空间方程中的状态变量用输入变量替代，得到整合交流网络的输入输出2×4传递矩阵Nac：
ΔYAll＝[CAll·inv(sI-AAll)·BAll+DAll]ΔUAll＝NacΔUAll (19)
式中：整合交流网络的输入变量为ΔUALL＝[ΔImr,Δθr,ΔvsR,ΔvsI]T，输出变量为ΔYALL＝[ΔPr,ΔQr]T。
LCC-HVDC系统交流电流幅值、相位支路解耦具体实现过程包括以下步骤：
1)根据LCC换流器模型、交流电流幅值相位耦合支路以及整合交流网络模型，交流有功功率ΔPr及无功功率ΔQr可表示为：
Figure BDA0002811616710000081
2)将LCC-HVDC系统交流电流幅值、相位支路内部耦合项等效折算到外部交流网络中，得到等效交流电流幅值、相位至交流有功、无功功率的输入输出2×2传递矩阵Gdec：
Figure BDA0002811616710000082
Figure BDA0002811616710000083
参见附图4(a)～图4(c)，本发明一实施例LCC-HVDC系统不同整流侧直流电流PI控制器比例系数下闭环传递函数、阻尼系数频率响应曲线，及振荡工况下仿真与小信号模型拟合波形。基于LCC-HVDC系统小信号模型，利用闭环传递函数以及阻尼系数研究方法，分析整流侧直流电流PI控制器比例系数对LCC-HVDC系统阻尼特性的影响，具体实现过程包括以下步骤：
1)基于LCC-HVDC系统小信号模型，求取不平衡功率ΔPubr与直流电流Δidr之间闭环传递函数的频率响应，来分析LCC-HVDC系统的潜在谐振频率。即通过绘制不平衡功率ΔPubr至直流电流Δidr之间的闭环传递函数Bode图，得到LCC-HVDC系统谐振峰对应的振荡角频率ωo；
2)通过求取LCC-HVDC系统不平衡功率ΔPubr与直流电流Δidr之间开环传递函数的频率响应，来判断LCC-HVDC系统的阻尼特性。即通过绘制Re[ΔPubr(s)/Δidr(s)]对应的频率响应曲线，判断其在振荡角频率ωo处值的正负性，从而判断LCC-HVDC系统的阻尼特性及小信号稳定性。ΔPubr(jωo)/Δidr(jωo)代表在LCC-HVDC系统谐振角频率ωo处，不平衡功率ΔPubr与直流电流Δidr之间开环传递函数的频率响应表达式；Re代表取频率响应实数部分。开环传递函数ΔPubr(s)/Δidr(s)表达式为：
Figure BDA0002811616710000084
其中，Ti为整流侧直流电流采样滤波时间常数；M(s)和D(s)分别为LCC换流器等效惯性系数与阻尼系数；Gdamp(s)为附加功率阻尼控制器；Gdec(1,1)为交流电流幅值支路解耦到相位支路后，等效交流电流相位θrp至交流有功功率Pr之间的关系式。
3)当LCC-HVDC系统整流侧直流电流PI控制器比例系数kpi变化时，若Re[ΔPubr(jωo)/Δidr(jωo)]＞0，则LCC-HVDC系统直流电流Δidr的扰动不利于不平衡功率ΔPubr的恢复，代表LCC-HVDC系统具有负阻尼特性，系统将会振荡失稳；若Re[ΔPubr(jωo)/Δidr(jωo)]＜0，则LCC-HVDC系统直流电流Δidr的扰动有利于不平衡功率ΔPubr的恢复，代表LCC-HVDC系统具有正阻尼特性，系统小信号稳定。
由图4(a)可看出随着整流侧直流电流PI控制器比例系数的增大，当kpi＝2.5989时，LCC-HVDC系统闭环传递函数将出现70Hz处的谐振峰。根据图4(b)中kpi＝2.5989时，70Hz处Re[ΔPubr(jωo)/Δidr(jωo)]＞0，表明此时系统具有负阻尼特性，将会发生振荡失稳的现象。图4(c)为kpi由1.0989增大为2.5989，整流侧直流电流指令阶跃0.01p.u.时，振荡工况下PSCAD仿真与小信号模型的对比波形。可看出扰动后仿真与小信号模型均出现了70Hz左右的振荡，与图4(a)、图4(b)的理论分析相对应，证明了本发明小信号模型、闭环传递函数与阻尼系数分析的准确性。
参见附图5(a)～图5(c)，本发明一实施例LCC-HVDC系统附加功率振荡阻尼抑制方法下闭环传递函数、阻尼系数频率响应曲线，及附加功率振荡阻尼抑制控制器工况下仿真与小信号模型拟合波形。由图5(a)可看出随着附加功率振荡阻尼抑制控制器的引入，当kpi＝2.5989时，LCC-HVDC系统闭环传递函数70Hz处的谐振峰消除，出现84Hz左右的潜在谐振峰。然而根据图5(b)中kpi＝2.5989时，由于附加功率振荡阻尼抑制控制器的引入，84Hz处Re[ΔPubr(jωo)/Δidr(jωo)]＜0，表明此时系统具有正阻尼特性，系统小信号稳定。图5(c)为引入附加功率振荡阻尼抑制控制器，kpi由1.0989增大为2.5989，整流侧直流电流指令阶跃0.08p.u.时，振荡工况下PSCAD仿真与小信号模型的对比波形。可看出扰动后仿真与小信号模型保持稳定，与图5(a)、图5(b)的理论分析相对应，证明了本发明附加功率振荡阻尼抑制控制器的有效性。

Claims (4)

1.一种LCC-HVDC系统功率振荡阻尼抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：利用下式计算LCC-HVDC系统整流侧触发角指令
Figure FDA0003732868190000011
Figure FDA0003732868190000012
其中，超前触发角指令
Figure FDA0003732868190000013
的计算公式为：
Figure FDA0003732868190000014
idrF＝idp+ωdamp；kpi和kii分别为整流侧直流电流PI控制器的比例系数和积分系数；ωdamp＝ω·Gdamp(s)；
Figure FDA0003732868190000015
Figure FDA0003732868190000016
为直流电流指令；idr为整流侧直流电流采样值；Ti为整流侧直流电流采样滤波时间常数；ω为LCC-HVDC系统角频率；Gdamp(s)为附加功率阻尼控制器；
附加功率阻尼控制器Gdamp(s)表达式为：Gdamp(s)＝GHPF(s)·GLead(s)；其中，GHPF(s)为高通滤波器，其表达式为
Figure FDA0003732868190000017
GLead(s)为超前环节调节器，其表达式为
Figure FDA0003732868190000018
其中，τ1为高通滤波器时间常数；τ2为超前环节调节器时间常数；a为超前环节分度系数；b为超前环节补偿增益；
当LCC-HVDC系统整流侧直流电流PI控制器的比例系数kpi变化时，若Re[ΔPubr(jωo)/Δidr(jωo)]＞0，则代表LCC-HVDC系统具有负阻尼特性，系统将会振荡失稳；若Re[ΔPubr(jωo)/Δidr(jωo)]＜0，则代表LCC-HVDC系统具有正阻尼特性，系统小信号稳定；其中，ΔPubr(jωo)/Δidr(jωo)代表在LCC-HVDC系统谐振角频率ωo处，不平衡功率ΔPubr与直流电流Δidr之间开环传递函数的频率响应表达式；
Figure FDA0003732868190000019
Re代表取频率响应实数部分；Ti为整流侧直流电流采样滤波时间常数；M(s)和D(s)分别为LCC换流器等效惯性系数与阻尼系数；Gdamp(s)为附加功率阻尼控制器；
Gdec(1,1)为交流电流幅值支路解耦到相位支路后，等效交流电流相位θrp至交流有功功率Pr之间的关系式。
2.根据权利要求1所述的LCC-HVDC系统功率振荡阻尼抑制方法，其特征在于，根据
Figure FDA0003732868190000021
计算高通滤波器时间常数τ1；fc为高通滤波器截止频率；根据拟增加相角裕量
Figure FDA0003732868190000022
计算超前环节分度系数a；根据
Figure FDA0003732868190000023
计算超前环节补偿增益b；根据超前环节调节器最大相位处角频率满足
Figure FDA0003732868190000024
计算超前环节调节器时间常数τ2；ωo为LCC-HVDC系统谐振峰对应的振荡角频率。
3.根据权利要求1所述的LCC-HVDC系统功率振荡阻尼抑制方法，其特征在于，交流电流幅值支路解耦到相位支路后，等效交流电流相位θrp至交流有功功率Pr之间的关系式Gdec(1,1)的计算式为：
Figure FDA0003732868190000025
其中，Gdec为将LCC-HVDC系统交流电流幅值、相位支路内部耦合项等效折算到外部交流网络中，得到的等效交流电流幅值、相位至交流有功、无功功率的输入输出2×2传递矩阵；
Figure FDA0003732868190000026
Figure FDA0003732868190000027
Figure FDA0003732868190000028
为功率因素角；μr为换相角；Vmr和Imr分别为交流母线电压幅值、交流电流幅值；Lr为等效直流电感；Nac(1,1)代表取Nac中第1行第1列；Nac(1,2)代表取Nac中第1行第2列；Nac(2,1)代表取Nac中第2行第1列；Nac(2,2)代表取Nac中第2行第2列；Gdec(1,1)代表取矩阵Gdec中第1行第1列；kpp和kip分别为锁相环比例、积分系数；Nac为交流网络的输入输出2×4传递矩阵。
4.一种LCC-HVDC系统功率振荡阻尼抑制系统，其特征在于，包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行权利要求1～3之一所述方法的步骤。
CN202011388614.3A 2020-12-02 2020-12-02 Lcc-hvdc系统功率振荡阻尼抑制方法及系统 Active CN112564131B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011388614.3A CN112564131B (zh) 2020-12-02 2020-12-02 Lcc-hvdc系统功率振荡阻尼抑制方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011388614.3A CN112564131B (zh) 2020-12-02 2020-12-02 Lcc-hvdc系统功率振荡阻尼抑制方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112564131A CN112564131A (zh) 2021-03-26
CN112564131B true CN112564131B (zh) 2022-09-02

Family

ID=75047546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011388614.3A Active CN112564131B (zh) 2020-12-02 2020-12-02 Lcc-hvdc系统功率振荡阻尼抑制方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112564131B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114069681B (zh) * 2021-10-27 2024-03-12 南方电网科学研究院有限责任公司 一种输入阻抗建模方法、系统、计算机设备及存储介质

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108808697A (zh) * 2017-05-02 2018-11-13 南京理工大学 一种直流系统的附加次同步阻尼控制方法
CN110148943B (zh) * 2019-06-18 2022-08-23 福州大学 一种抑制电网背景谐波影响的lcl并网逆变器阻抗重塑方法
CN111864766A (zh) * 2020-07-08 2020-10-30 华北电力大学 一种基于角频率变化速率的直流输电系统附加阻尼的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112564131A (zh) 2021-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103190068B (zh) 功率变换装置
CN105006825B (zh) 一种高电能质量输出的电力电子变压器及其控制方法
CN104333002B (zh) 一种基于ip-iq检测法和滞环控制的混合型有源滤波器
CN103545838A (zh) 一种适用于弱电网接入条件下的并网逆变器混合阻尼自适应控制方法
CN112165271B (zh) 一种并网变流系统及其模型预测控制方法
CN103248259A (zh) 三相lcl滤波型pwm整流器的单电流反馈控制方法
CN113839388B (zh) 一种基于混合负载的有源电力滤波器电流双环控制方法
CN107064698A (zh) 电压暂降模拟系统及方法
CN112653342B (zh) 一种静止坐标系下的复矢量电流环解耦控制装置及方法
CN105471313A (zh) 基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法
CN109802433B (zh) 一种并网逆变器功率振荡抑制系统及方法
CN106936157A (zh) 并网变流系统的控制方法和控制装置
CN113285625B (zh) 基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法
CN112688307B (zh) 一种交直流混合微电网控制器及控制方法
CN105406741B (zh) 一种三相电网电压不平衡时pwm整流器模糊滑模变结构控制方法
CN113595123A (zh) 一种模块化多电平换流器的高频阻抗计算方法及装置
CN112564131B (zh) Lcc-hvdc系统功率振荡阻尼抑制方法及系统
CN110048447B (zh) 一种柔性直流输电系统站间h∞解耦控制器
CN116191899A (zh) 基于虚拟阻抗的三次谐波注入矩阵变换器的控制方法
CN114552678A (zh) 一种考虑恒功率负载与小信号稳定性的系统及控制方法
CN113098033B (zh) 基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统及方法
CN111181188B (zh) 一种改进的背靠背柔性直流输电系统电流双环控制策略
CN108321831B (zh) 一种铁路功率调节器滤波电感参数不确定的控制方法
CN115498616A (zh) 一种柔性直流输电系统高频振荡主导环节快速识别方法
CN111049189B (zh) 含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant