CN113206512A - 一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制方法及装置 - Google Patents

一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制方法及系统，其包括：将预先获得的柔直变流器端口三相电压、三相电流以及电压相位，进行abc/dq变换，得到dq坐标系下的端口电压、电流；根据预先获得的柔直变流器端口目标有功功率和目标无功功率，计算得到dq坐标系下的参考电流；根据dq坐标系下的端口电压、电流以及dq轴下的参考电流，采用电流内环计算，得到dq坐标系下的参考电压；将dq坐标系下的参考电压经过dq/abc逆变换，得到静止坐标系下的参考电压；将静止坐标系下的参考电压经过前向通道滤波环节，得到滤波后的柔直变流器的三相参考电压，实现对柔直高频振荡的控制。本发明能有效抑制高频信号在柔直变流器控制器中的传递。

Description

一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种电力系统稳定性控制技术领域，特别是关于一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制方法及装置。
背景技术
相较于传统直流输电系统，柔性直流输电系统的灵活性更高，输送容量更大，因此在大规模新能源外送系统中运用广泛。但是随着柔直变流器以及风电电力电子设备的大规模适用，与电力电子装置控制器相关的高频振荡问题也凸显出来。国内外学者对于此类振荡的控制方法大多基于阻抗分析法，通过优化、提高变流器在振荡频率处的阻抗特性来实现高频振荡的控制，但是这种方法对于控制器参数、拓扑、工况的要求较高，从而设计合适的优化方法。对于复杂柔直变流器，这种控制方法存在耗时长，控制方法设计困难等问题。因此，如何解决此类问题，成为目前亟需解决的技术问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制方法及装置，其能有效抑制高频信号在柔直变流器控制器中的传递。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制方法，其包括：步骤1、将预先获得的柔直变流器端口三相电压、三相电流以及电压相位，进行abc/dq变换，得到dq坐标系下的端口电压、电流；步骤2、根据预先获得的柔直变流器端口目标有功功率和目标无功功率，计算得到dq坐标系下的参考电流；步骤3、根据dq坐标系下的端口电压、电流以及dq轴下的参考电流，采用电流内环计算，得到dq坐标系下的参考电压；步骤4、将dq坐标系下的参考电压经过dq/abc逆变换，得到静止坐标系下的参考电压；步骤5、将静止坐标系下的参考电压经过前向通道滤波环节，得到滤波后的柔直变流器的三相参考电压，实现对柔直高频振荡的控制。
进一步，所述步骤2中，根据变流器目标有功功率Pref、目标无功功率Qref，计算得到d轴参考电流i′d，以及q轴参考电流i′q；计算公式为：
Figure BDA0003055913620000011
其中，P、Q分别为柔直变流器端口有功功率和柔直变流器端口无功功率；GP(s)、GQ(s)分别为有功功率PI控制器传递函数和无功功率PI控制器传递函数。
进一步，所述有功功率PI控制器传递函数GP(s)和无功功率PI控制器传递函数GQ(s)分别为：
Figure BDA0003055913620000021
其中，KpP和TiP分别为有功功率PI控制器的比例增益系数和积分时间常数；KpQ和TiQ分别为无功功率PI控制器的比例增益系数和积分时间常数；s为拉普拉斯算子。
进一步，所述步骤3中，电流内环计算为：
Figure BDA0003055913620000022
其中，u′d为d轴下的参考电压，u′q为q轴下的参考电压，ud为d轴下的柔直变流器端口电压，uq为q轴下的柔直变流器端口电压，id为d轴下的柔直变流器端口电流，iq为q轴下的柔直变流器端口电流，i′d为d轴参考电流，i′q为q轴参考电流，Lm为柔直变流器桥臂电感，Gi(s)为电流内环的传递函数。
进一步，所述电流内环的传递函数Gi(s)为：
Figure BDA0003055913620000023
其中，Kpi为电流内环比例增益系数，Kii为电流内环积分增益系数。
进一步，所述步骤5中，前向通道滤波的传递函数GF(s)为：
Figure BDA0003055913620000024
其中，KF为前向通道滤波装置的系数；ω0为前向通道滤波装置的特征频率；ξ为前向通道滤波装置的阻尼系数。
一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制系统，其包括：abc/dq变换模块、dq轴参考电流计算模块、dq轴参考电压计算模块、dq/abc逆变换模块和前向通道滤波模块；
所述abc/dq变换模块，将预先获得的柔直变流器端口三相电压、三相电流以及电压相位，进行abc/dq变换，得到dq坐标系下的端口电压、电流；
所述dq轴参考电流计算模块，根据预先获得的柔直变流器端口目标有功功率和目标无功功率，计算得到dq坐标系下的参考电流；
所述dq轴参考电压计算模块，根据dq坐标系下的端口电压、电流以及dq轴下的参考电流，采用电流内环计算，得到dq坐标系下的参考电压；
所述dq/abc逆变换模块，将dq坐标系下的参考电压经过dq/abc逆变换，得到静止坐标系下的参考电压；
所述前向通道滤波模块，将静止坐标系下的参考电压经过前向通道滤波环节，得到滤波后的柔直变流器的三相参考电压，实现对柔直高频振荡的控制。
进一步，所述dq轴参考电压计算模块中，电流内环计算为：
Figure BDA0003055913620000031
其中，u′d为d轴下的参考电压，u′q为q轴下的参考电压，ud为d轴下的柔直变流器端口电压，uq为q轴下的柔直变流器端口电压，id为d轴下的柔直变流器端口电流，iq为q轴下的柔直变流器端口电流，i′d为d轴参考电流，i′q为q轴参考电流，Lm为柔直变流器桥臂电感，Gi(s)为电流内环的传递函数。
进一步，所述电流内环的传递函数Gi(s)为：
Figure BDA0003055913620000032
其中，Kpi为电流内环比例增益系数，Kii为电流内环积分增益系数。
进一步，所述前向通道滤波模块中，前向通道滤波的传递函数GF(s)为：
Figure BDA0003055913620000033
其中，KF为前向通道滤波装置的系数；ω0为前向通道滤波装置的特征频率；ξ为前向通道滤波装置的阻尼系数。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明通过在电压前向通道中添加低通滤波装置，有效的抑制了高频信号在柔直变流器控制器中的传递。而且本发明简单有效，对复杂结构的柔直变流器控制器同样适用。相对于传统的高频振荡控制方法，本发明对柔直变流器控制系统透明度的要求较低，实现方法简单，为以后高频振荡控制方法提供有效控制依据。
附图说明
图1是本发明实施例中控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的第一实施方式中，如图1所示，提供一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制方法，其包括以下步骤：
步骤1、将预先获得的柔直变流器端口三相电压、三相电流以及电压相位，进行abc/dq变换，得到dq坐标系下的端口电压、电流；
具体为：柔直变流器端口三相电压及三相电流分别为：a相、b相、c相电压ua、ub、uc，a相、b相、c相电流ia、ib、ic，柔直变流器端口电压相角θ通过测量得到。上述参数可以通过abc/dq变化获得d轴下的柔直变流器端口电压ud、q轴下的柔直变流器端口电压uq、d轴下的柔直变流器端口电流id和q轴下的柔直变流器端口电流iq。其计算公式为：
Figure BDA0003055913620000041
其中，u0、i0分别为dq坐标系下的电压零序分量、电流零序分量；T为派克变换矩阵。
步骤2、根据预先获得的柔直变流器端口目标有功功率和目标无功功率，计算得到dq轴下的参考电流；
具体的，根据变流器目标有功功率Pref、目标无功功率Qref，可以计算得到d轴参考电流i′d，以及q轴参考电流i′q。相应的计算公式为：
Figure BDA0003055913620000042
其中，P、Q分别为柔直变流器端口有功功率和柔直变流器端口无功功率；GP(s)、GQ(s)分别为有功功率PI控制器传递函数和无功功率PI控制器传递函数；
GP(s)、GQ(s)分别为：
Figure BDA0003055913620000051
其中，KpP和TiP分别为有功功率PI控制器的比例增益系数和积分时间常数；KpQ和TiQ分别为无功功率PI控制器的比例增益系数和积分时间常数；s为拉普拉斯算子。
步骤3、根据dq坐标系下的端口电压、电流以及dq轴下的参考电流，采用电流内环计算，得到dq坐标系下的参考电压；
具体的，根据d轴下的柔直变流器端口电压ud，q轴下的柔直变流器端口电压uq，d轴下的柔直变流器端口电流id，q轴下的柔直变流器端口电流iq，d轴参考电流i′d，以及q轴参考电流i′q，这些信号经过电流内环后，可以得到d轴下的参考电压u′d，以及q轴下的参考电压u′q。电流内环计算公式可以表示为：
Figure BDA0003055913620000052
其中，Lm为柔直变流器桥臂电感，Gi(s)为电流内环的传递函数，可以表示为：
Figure BDA0003055913620000053
其中，Kpi为电流内环比例增益系数，Kii为电流内环积分增益系数。
步骤4、将dq坐标系下的参考电压经过dq/abc逆变换，得到静止坐标系下的参考电压；
具体的，根据计算得到的d轴下的参考电压u′d，以及q轴下的参考电压u′q，可以通过dq/abc逆变换得到静止坐标系下的a相参考电压u′a、b相参考电压u′b、c相参考电压u′c。其计算过程可以表示为：
Figure BDA0003055913620000054
其中，u0为dq坐标系下的零序分量，一般情况下其值为0；T-1为T矩阵的逆矩阵。
步骤5、将静止坐标系下的参考电压经过前向通道滤波环节，得到滤波后的柔直变流器的三相参考电压，实现对柔直高频振荡的控制；
静止坐标系下的a相参考电压u′a、b相参考电压u′b、c相参考电压u′c经过前向通道滤波后，得到最终柔直变流器优化后的a相参考电压u”a、b相参考电压u”b、c相参考电压u”c。其中前向通道滤波的传递函数GF(s)可以表示为：
Figure BDA0003055913620000061
其中，KF为前向通道滤波装置的系数；ω0为前向通道滤波装置的特征频率；ξ为前向通道滤波装置的阻尼系数。
在本发明的第二实施方式中，提供一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制系统，其包括：abc/dq变换模块、dq轴参考电流计算模块、dq轴参考电压计算模块、dq/abc逆变换模块和前向通道滤波模块；
abc/dq变换模块，将预先获得的柔直变流器端口三相电压、三相电流以及电压相位，进行abc/dq变换，得到dq坐标系下的端口电压、电流；
dq轴参考电流计算模块，根据预先获得的柔直变流器端口目标有功功率和目标无功功率，计算得到dq坐标系下的参考电流；
dq轴参考电压计算模块，根据dq坐标系下的端口电压、电流以及dq轴下的参考电流，采用电流内环计算，得到dq坐标系下的参考电压；
dq/abc逆变换模块，将dq坐标系下的参考电压经过dq/abc逆变换，得到静止坐标系下的参考电压；
前向通道滤波模块，将静止坐标系下的参考电压经过前向通道滤波环节，得到滤波后的柔直变流器的三相参考电压，实现对柔直高频振荡的控制。
上述实施例中，在dq轴参考电压计算模块中，电流内环计算为：
Figure BDA0003055913620000062
其中，u′d为d轴下的参考电压，u′q为q轴下的参考电压，ud为d轴下的柔直变流器端口电压，uq为q轴下的柔直变流器端口电压，id为d轴下的柔直变流器端口电流，iq为q轴下的柔直变流器端口电流，i′d为d轴参考电流，i′q为q轴参考电流，Lm为柔直变流器桥臂电感，Gi(s)为电流内环的传递函数。
优选的，电流内环的传递函数Gi(s)为：
Figure BDA0003055913620000063
其中，Kpi为电流内环比例增益系数，Kii为电流内环积分增益系数。
上述实施例中，在前向通道滤波模块中，前向通道滤波的传递函数GF(s)为：
Figure BDA0003055913620000064
其中，KF为前向通道滤波装置的系数；ω0为前向通道滤波装置的特征频率；ξ为前向通道滤波装置的阻尼系数。
综上，本发明通过在电压前向通道中添加低通滤波装置，有效的抑制了高频信号在柔直变流器控制器中的传递。本发明的控制方法简单有效，对复杂结构的柔直变流器控制器同样适用。相对于传统的高频振荡控制方法，本发明对柔直变流器控制系统透明度的要求较低，实现方法简单，为以后高频振荡控制方法提供有效控制依据。
本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。

Claims (10)

1.一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制方法，其特征在于，包括：
步骤1、将预先获得的柔直变流器端口三相电压、三相电流以及电压相位，进行abc/dq变换，得到dq坐标系下的端口电压、电流；
步骤2、根据预先获得的柔直变流器端口目标有功功率和目标无功功率，计算得到dq坐标系下的参考电流；
步骤3、根据dq坐标系下的端口电压、电流以及dq轴下的参考电流，采用电流内环计算，得到dq坐标系下的参考电压；
步骤4、将dq坐标系下的参考电压经过dq/abc逆变换，得到静止坐标系下的参考电压；
步骤5、将静止坐标系下的参考电压经过前向通道滤波环节，得到滤波后的柔直变流器的三相参考电压，实现对柔直高频振荡的控制。
2.如权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤2中，根据变流器目标有功功率Pref、目标无功功率Qref，计算得到d轴参考电流i′d，以及q轴参考电流i′q；计算公式为：
Figure FDA0003055913610000011
其中，P、Q分别为柔直变流器端口有功功率和柔直变流器端口无功功率；GP(s)、GQ(s)分别为有功功率PI控制器传递函数和无功功率PI控制器传递函数。
3.如权利要求2所述控制方法，其特征在于，所述有功功率PI控制器传递函数GP(s)和无功功率PI控制器传递函数GQ(s)分别为：
Figure FDA0003055913610000012
其中，KpP和TiP分别为有功功率PI控制器的比例增益系数和积分时间常数；KpQ和TiQ分别为无功功率PI控制器的比例增益系数和积分时间常数；s为拉普拉斯算子。
4.如权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤3中，电流内环计算为：
Figure FDA0003055913610000013
其中,u′d为d轴下的参考电压，u′q为q轴下的参考电压，ud为d轴下的柔直变流器端口电压，uq为q轴下的柔直变流器端口电压，id为d轴下的柔直变流器端口电流，iq为q轴下的柔直变流器端口电流，i′d为d轴参考电流，i′q为q轴参考电流，Lm为柔直变流器桥臂电感，Gi(s)为电流内环的传递函数。
5.如权利要求4所述控制方法，其特征在于，所述电流内环的传递函数Gi(s)为：
Figure FDA0003055913610000021
其中,Kpi为电流内环比例增益系数，Kii为电流内环积分增益系数。
6.如权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤5中，前向通道滤波的传递函数GF(s)为：
Figure FDA0003055913610000022
其中,KF为前向通道滤波装置的系数；ω0为前向通道滤波装置的特征频率；ξ为前向通道滤波装置的阻尼系数。
7.一种基于前向通道滤波的柔直高频振荡控制系统，其特征在于，包括：abc/dq变换模块、dq轴参考电流计算模块、dq轴参考电压计算模块、dq/abc逆变换模块和前向通道滤波模块；
所述abc/dq变换模块，将预先获得的柔直变流器端口三相电压、三相电流以及电压相位，进行abc/dq变换，得到dq坐标系下的端口电压、电流；
所述dq轴参考电流计算模块，根据预先获得的柔直变流器端口目标有功功率和目标无功功率，计算得到dq坐标系下的参考电流；
所述dq轴参考电压计算模块，根据dq坐标系下的端口电压、电流以及dq轴下的参考电流，采用电流内环计算，得到dq坐标系下的参考电压；
所述dq/abc逆变换模块，将dq坐标系下的参考电压经过dq/abc逆变换，得到静止坐标系下的参考电压；
所述前向通道滤波模块，将静止坐标系下的参考电压经过前向通道滤波环节，得到滤波后的柔直变流器的三相参考电压，实现对柔直高频振荡的控制。
8.如权利要求7所述控制系统，其特征在于，所述dq轴参考电压计算模块中，电流内环计算为：
Figure FDA0003055913610000023
其中,u′d为d轴下的参考电压，u′q为q轴下的参考电压，ud为d轴下的柔直变流器端口电压，uq为q轴下的柔直变流器端口电压，id为d轴下的柔直变流器端口电流，iq为q轴下的柔直变流器端口电流，i′d为d轴参考电流，i′q为q轴参考电流，Lm为柔直变流器桥臂电感，Gi(s)为电流内环的传递函数。
9.如权利要求8所述控制系统，其特征在于，所述电流内环的传递函数Gi(s)为：
Figure FDA0003055913610000031
其中,Kpi为电流内环比例增益系数，Kii为电流内环积分增益系数。
10.如权利要求7所述控制系统，其特征在于，所述前向通道滤波模块中，前向通道滤波的传递函数GF(s)为：
Figure FDA0003055913610000032
其中,KF为前向通道滤波装置的系数；ω0为前向通道滤波装置的特征频率；ξ为前向通道滤波装置的阻尼系数。
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