CN113078669B - 用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法及系统 - Google Patents

用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法及系统，其特征在于包括以下步骤：1)对获取的abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点的三相电压信号进行abc‑dq变换，生成dq坐标系下的电压信号；2)对d轴电压信号与d轴电压参考信号的差值进行滤波，生成d轴电压参考信号；3)基于q轴电压参考信号以及步骤2)得到的d轴电压参考信号，进行dq‑abc逆变换，得到abc坐标系下可再生能源接入柔直变流站的接入点的a、b、c三相电压参考信号。本发明可以广泛应用于柔直系统高频振荡控制领域。

Description

用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统稳定性分析技术领域，特别涉及一种用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法及系统。
背景技术
柔性直流输电技术在可再生能源送出系统中应用广泛，尤其当可再生能源经柔直换流站远距离孤岛送出时，相较于传统直流输电技术，柔直变流器的灵活可控、性价比高等优势更加明显。但是随着国内可再生能源输电工程不断投运，其中与可再生能源以及柔直变流器相关的振荡问题也愈发明显。
以往此类振荡的控制方法主要为添加额外控制器的方法，然而，这种额外添加控制器的方法不仅对系统参数透明度要求较高，同时这类额外控制器的设计难度也较大。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法及系统，通过在柔直变流器控制器中加入非线性滤波反馈环节，在不影响柔直变流器动态响应特性的前提下，能有效抑制高频振荡。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明的第一个方面，是提供一种用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法，其包括以下步骤：
1)对获取的abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点的三相电压信号进行abc-dq变换，生成dq坐标系下的电压信号；
2)对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure BDA0002988131870000011
的差值u'dref进行滤波，生成d轴电压目标信号u″dref；
3)基于q轴电压参考信号uqref以及步骤2)得到的d轴电压目标信号u″dref，进行dq-abc逆变换，得到abc坐标系下可再生能源接入柔直变流站的接入点的a、b、c三相电压参考信号。
进一步，所述步骤1)之前还包括获取abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点处的三相电压信号ua、ub、uc的步骤。
进一步，所述步骤1)中，对可再生能源接入柔直换流站的接入点的三相电压信号进行abc-dq变换的计算公式为：
Figure BDA0002988131870000021
式中，ua、ub、uc分别为abc坐标系下的可再生能源接入柔直换流站的接入点处的a相、b相、c相电压信号；ud、uq分别为dq轴坐标系下的d轴电压信号、q轴电压信号；θ为可再生能源接入柔直换流站的接入点的电压相角。
进一步，所述步骤2)中，对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure BDA0002988131870000026
的差值u'dref进行滤波的计算公式为：
Figure BDA0002988131870000022
式中，u'dref、u″dref分别为滤波环节F()的时变输入、时变输出；an、an-1、…、
Figure BDA0002988131870000023
为滤波环节的时变输入限值，分别为输入的上限值、次上限值、…、下限值；ak、ak-1、…、
Figure BDA0002988131870000024
为滤波环节的时变输出值，分别为输出的最大值、次最大值、…、最小值。
进一步，所述时变输入限值以及时变输出值的取值根据实际系统的需求设置。
进一步，所述步骤3)中，进行dq-abc逆变换的计算公式为：
Figure BDA0002988131870000025
式中，uaref、ubref、ucref分别为abc坐标系下的a、b、c相的柔直变流器电压参考信号；u'd'ref为d轴电压参考信号；uqref为q轴电压参考信号。
进一步，所述q轴电压参考信号uqref的取值为0。
本发明的第二个方面，是提供一种用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈系统，其包括：
基础数据获取模块，用于获取abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点处的三相电压信号ua、ub、uc；
转换模块，用于对获取的abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点的三相电压信号进行abc-dq变换，生成dq坐标系下的电压信号；
滤波模块，用于对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure BDA0002988131870000027
的差值u'dref进行滤波，生成d轴电压参考信号u″dref；
逆转换模块，用于基于q轴电压参考信号uqref以及得到的d轴电压参考信号udref，进行dq-abc逆变换，得到abc坐标系下可再生能源接入柔直变流站的接入点的a、b、c三相电压参考信号。
进一步，所述转换模块中，dq坐标系下的电压信号为：
Figure BDA0002988131870000031
式中，ua、ub、uc分别为abc坐标系下的可再生能源接入柔直换流站的接入点处的a相、b相、c相电压信号；ud、uq分别为dq轴坐标系下的d轴电压信号、q轴电压信号；θ为可再生能源接入柔直换流站的接入点的电压相角。
进一步，所述滤波模块中，对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure BDA0002988131870000036
的差值u′dref进行滤波的计算公式为：
Figure BDA0002988131870000033
式中，u'dref、u'd'ref分别为滤波环节F()的时变输入、时变输出；an、an-1、…、
Figure BDA0002988131870000034
为滤波环节的时变输入限值，分别为输入的上限值、次上限值、…、下限值；ak、ak-1、…、
Figure BDA0002988131870000035
为滤波环节的时变输出值，分别为输出的最大值、次最大值、…、最小值。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明根据dq坐标系下电压参考信号的动态特性，提出了基于非线性滤波反馈特性的高频振荡控制方法，通过设置的非线性滤波环节的裕度，实现了在dq坐标轴上的非线性滤波反馈方式，不同于传统滤波环节，滤波环节采用非线性方程对输入信号进行高频滤波，实现了适应不同动态响应要求的柔直控制器高频振荡控制。因此，本发明可以广泛应用于电力系统稳定性分析技术领域。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提出了一种用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法及系统，其包括以下步骤：
1)获取abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点处的三相电压信号。
2)对获取的abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点的三相电压信号进行abc-dq变换，生成dq坐标系下的电压信号。
其中，对可再生能源接入柔直换流站的接入点的三相电压信号进行abc-dq变换的计算公式为：
Figure BDA0002988131870000041
式中，ua、ub、uc分别为abc坐标系下的可再生能源接入柔直换流站的接入点处的a相、b相、c相电压信号；ud、uq分别为dq轴坐标系下的d轴电压信号、q轴电压信号；θ为可再生能源接入柔直换流站的接入点的电压相角。
3)对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure BDA0002988131870000042
(d轴电压参考信号
Figure BDA0002988131870000043
为根据系统工况计算得到的参考值，本发明中视为已知值)的差值u'dref进行非线性滤波，生成d轴电压目标信号u'd'ref。
其中，对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure BDA0002988131870000044
的差值u'dref进行非线性滤波的计算公式为：
Figure BDA0002988131870000045
式中，u'dref、u″dref分别为非线性滤波环节F()的时变输入、时变输出；an、an-1、…、
Figure BDA0002988131870000046
分别为非线性滤波环节时变输入的上限值、次上限值、…、下限值；ak、ak-1、…、
Figure BDA0002988131870000047
分别为非线性滤波环节时变输出最大值、次最大值、…、最小值；an以及ak的取值可以根据实际系统的需求设置：当对系统动态响应要求较高时，可以选取跨度较小的an值以及ak值，反之亦然。
4)基于q轴电压参考信号uqref以及步骤3)得到的d轴电压目标信号u″dref，进行dq-abc逆变换，得到abc坐标系下可再生能源接入柔直变流站的接入点的a、b、c三相电压参考信号。
具体地，计算公式为：
Figure BDA0002988131870000051
式中，uaref、ubref、ucref分别为abc坐标系下的a、b、c相的柔直变流器电压参考信号；u″dref为d轴电压目标信号；uqref为q轴电压参考信号，此时q轴电压参考信号uqref的取值基于系统工况确定，在系统正常运行工况下，取值为0。
实施例2
本发明还提供一种用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈系统，其包括：
基础数据获取模块，用于获取abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点处的三相电压信号ua、ub、uc；
转换模块，用于对获取的abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点的三相电压信号进行abc-dq变换，生成dq坐标系下的电压信号；
非线性滤波模块，用于对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure BDA0002988131870000052
的差值u'dref进行非线性滤波，生成d轴电压目标信号u″dref；
逆转换模块，用于基于q轴电压参考信号uqref以及得到的d轴电压目标信号u″dref，进行dq-abc逆变换，得到abc坐标系下可再生能源接入柔直变流站的接入点的a、b、c三相电压参考信号。
进一步，转换模块中，dq坐标系下的电压信号为：
Figure BDA0002988131870000053
式中，ua、ub、uc分别为abc坐标系下的可再生能源接入柔直换流站的接入点处的a相、b相、c相电压信号；ud、uq分别为dq轴坐标系下的d轴电压信号、q轴电压信号；θ为可再生能源接入柔直换流站的接入点的电压相角。
进一步，非线性滤波模块中，对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure BDA0002988131870000056
的差值u′dref进行非线性滤波的计算公式为：
Figure BDA0002988131870000055
式中，u'dref、u″dref分别为非线性滤波环节F()的时变输入、时变输出；an、an-1、…、
Figure BDA0002988131870000061
为非线性滤波环节的时变输入限值，分别为输入的上限值、次上限值、…、下限值；ak、ak-1、…、
Figure BDA0002988131870000062
为非线性滤波环节的时变输出值，分别为输出的最大值、次最大值、…、最小值。
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)

1.一种用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法，其特征在于包括以下步骤：
1)对获取的abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点的三相电压信号进行abc-dq变换，生成dq坐标系下的电压信号；
2)对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure FDA0003874321930000011
的差值u'dref进行滤波，生成d轴电压目标信号u”dref；
所述步骤2)中，对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure FDA0003874321930000012
的差值u'dref进行滤波的计算公式为：
Figure FDA0003874321930000013
式中，u'dref、u”dref分别为滤波环节F()的时变输入、时变输出；
Figure FDA0003874321930000014
为滤波环节的时变输入限值，分别为输入的上限值、次上限值、…、下限值；
Figure FDA0003874321930000015
Figure FDA0003874321930000016
为滤波环节的时变输出值，分别为输出的最大值、次最大值、…、最小值；
3)基于q轴电压参考信号uqref以及步骤2)得到的d轴电压目标信号u”dref，进行dq-abc逆变换，得到abc坐标系下可再生能源接入柔直变流站的接入点的a、b、c三相电压参考信号。
2.如权利要求1所述的用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法，其特征在于：所述步骤1)之前还包括获取abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点处的三相电压信号ua、ub、uc的步骤。
3.如权利要求1所述的用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法，其特征在于：所述步骤1)中，对可再生能源接入柔直换流站的接入点的三相电压信号进行abc-dq变换的计算公式为：
Figure FDA0003874321930000017
式中，ua、ub、uc分别为abc坐标系下的可再生能源接入柔直换流站的接入点处的a相、b相、c相电压信号；ud、uq分别为dq轴坐标系下的d轴电压信号、q轴电压信号；θ为可再生能源接入柔直换流站的接入点的电压相角。
4.如权利要求1所述的用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法，其特征在于：所述时变输入限值以及时变输出值的取值根据实际系统的需求设置。
5.如权利要求1所述的用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法，其特征在于：所述步骤3)中，进行dq-abc逆变换的计算公式为：
Figure FDA0003874321930000021
式中，uaref、ubref、ucref分别为abc坐标系下的a、b、c相的柔直变流器电压参考信号；u”dref为d轴电压参考信号；uqref为q轴电压参考信号。
6.如权利要求5所述的用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈方法，其特征在于：所述q轴电压参考信号uqref的取值为0。
7.一种用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈系统，其特征在于，包括：
基础数据获取模块，用于获取abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点处的三相电压信号ua、ub、uc；
转换模块，用于对获取的abc坐标系下可再生能源接入柔直换流站的接入点的三相电压信号进行abc-dq变换，生成dq坐标系下的电压信号；
滤波模块，用于对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure FDA0003874321930000022
的差值u'dref进行滤波，生成d轴电压参考信号u”dref；
所述滤波模块中，对d轴电压信号ud与d轴电压参考信号
Figure FDA0003874321930000028
的差值u’dref进行滤波的计算公式为：
Figure FDA0003874321930000024
式中，u'dref、u”dref分别为滤波环节F()的时变输入、时变输出；
Figure FDA0003874321930000025
为滤波环节的时变输入限值，分别为输入的上限值、次上限值、…、下限值；
Figure FDA0003874321930000026
Figure FDA0003874321930000027
为滤波环节的时变输出值，分别为输出的最大值、次最大值、…、最小值；
逆转换模块，用于基于q轴电压参考信号uqref以及得到的d轴电压参考信号u”dref，进行dq-abc逆变换，得到abc坐标系下可再生能源接入柔直变流站的接入点的a、b、c三相电压参考信号。
8.如权利要求7所述的用于柔直系统高频振荡抑制的非线性电压反馈系统，其特征在于，所述转换模块中，dq坐标系下的电压信号为：
Figure FDA0003874321930000031
式中，ua、ub、uc分别为abc坐标系下的可再生能源接入柔直换流站的接入点处的a相、b相、c相电压信号；ud、uq分别为dq轴坐标系下的d轴电压信号、q轴电压信号；θ为可再生能源接入柔直换流站的接入点的电压相角。
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