CN113258591B - 一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法及系统，当根据状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图确定柔性直流输电系统处于振荡失稳状态时，利用虚拟电阻、虚拟电感和一阶惯性环节时间参数确定虚拟阻抗控制的系数，将确定了系数的虚拟阻抗控制投入柔性直流输电系统的控制系统中，调整虚拟阻抗控制的系数，直至柔性直流输电系统处于振稳定状态，则退出虚拟阻抗控制。本发明在系统发生振荡失稳时，投入使用虚拟阻抗控制，可以改变整个系统的状态空间方程，有效抑制不同频带的振荡失稳，从而提高系统的稳定性并抑制振荡失稳现象。

Description

一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法及系统

技术领域

本发明涉及柔性直流输电领域，特别是涉及一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法及系统。

背景技术

近年来，小到几Hz，大到几千Hz的振荡频率出现在柔性直流输电系统中，严重影响系统的稳定运行，对于柔性直流输电工程而言，及时抑制柔性直流输电系统的振荡失稳现象尤为重要。柔性直流输电系统振荡主要有以下两个特点：

1.柔性直流输电系统振荡现象主要出现在风机与换流器以及换流器与电网之间，可达到几千Hz；

2.由于柔性直流输电系统振荡发生的根源是复杂电网耦合形成的源-网多时间尺度动态相互作用，通过优化控制器参数的措施可以起到抑制柔性直流输电系统振荡的效果。

当前有学者提出采用虚拟电阻(R_vir)控制抑制柔性直流输电系统振荡的方法，传统的虚拟电阻控制对于某一频段的振荡可以起到良好的振荡抑制效果，但传统的虚拟电阻控制对于不同频带的振荡现象无法起到良好的振荡抑制作用，不能有效地抑制系统失稳。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法及系统，以有效抑制不同频带的振荡失稳，提高系统的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法，所述柔性直流输电系统为基于虚拟阻抗控制的柔性直流输电系统，所述方法包括：

确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵；

获取柔性直流输电系统的状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图；

根据状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图判断柔性直流输电系统是否处于振荡失稳状态，获得第一判断结果；

若第一判断结果表示是，则根据虚拟电阻、虚拟电感和一阶惯性环节时间参数确定虚拟阻抗控制的系数；

将确定了系数的虚拟阻抗控制投入柔性直流输电系统的控制系统中，返回步骤“确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵”，直至第一判断结果表示否，退出所述虚拟阻抗控制。

进一步地，所述确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵，具体包括：

根据柔性直流输电系统的交流侧模型、直流侧模型、控制系统模型建立柔性直流输电系统的状态空间方程；

根据所述状态空间方程确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵。

进一步地，所述根据状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图判断柔性直流输电系统是否处于振荡失稳状态，获得第一判断结果，具体包括：

若所述特征值根轨迹图中特征值根轨迹穿越零点进入坐标系的正实轴，或所述直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压发生剧烈波动，或所述交流侧电压频谱图中出现基频50Hz以外的振荡频率，则所述第一判断结果表示柔性直流输电系统处于振荡失稳状态；

若所述特征值根轨迹图中特征值根轨迹不穿越零点进入坐标系的正实轴，且所述直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压保持恒定，且所述交流侧电压频谱图中不出现基频50Hz以外的振荡频率，则所述第一判断结果表示柔性直流输电系统处于稳定状态。

进一步地，所述虚拟阻抗控制的系数为

其中，G为虚拟阻抗控制的系数，R_vir和L_vir分别为虚拟电阻与虚拟电感，s为拉普拉斯算子，T_vir为一阶惯性环节时间参数。

进一步地，所述将确定了系数的虚拟阻抗控制投入柔性直流输电系统的控制系统中，具体包括：

获取柔性直流输电系统的交流侧d轴电流和内环电流的参考值；

根据所述交流侧d轴电流、所述内环电流的参考值和所述虚拟阻抗控制的系数，确定调节电流为

其中，I为调节电流，Δi_cdref为内环电流的参考值，Δi_cd为交流侧d轴电流；

将所述调节电流投入内环电流控制中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态方程为

其中，Δx_d为调节电流的积分，Δi_cdvir为虚拟电流变量，ΔU_cdref为d轴电压参考值，ΔU_sd为柔直系统换流器交流侧电压经过派克变换的d轴分量，w为旋转角频率，L_C为柔直系统换流器交流侧的线路电感值，k_{p_d}和k_{i_d}为内环PI控制的比例与积分参数；

将所述状态方程带入柔性直流输电系统的状态空间方程中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态空间方程。

一种柔性直流输电系统的振荡抑制系统，所述柔性直流输电系统为基于虚拟阻抗控制的柔性直流输电系统，所述系统包括：

状态空间矩阵确定模块，用于确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵；

图获取模块，用于获取柔性直流输电系统的状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图；

第一判断结果获得模块，用于根据状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图判断柔性直流输电系统是否处于振荡失稳状态，获得第一判断结果；

系数确定模块，用于若第一判断结果表示是，则根据虚拟电阻、虚拟电感和一阶惯性环节时间参数确定虚拟阻抗控制的系数；

虚拟阻抗控制投入模块，用于将确定了系数的虚拟阻抗控制投入柔性直流输电系统的控制系统中，返回步骤“确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵”，直至第一判断结果表示否，退出所述虚拟阻抗控制。

进一步地，所述状态空间矩阵确定模块，具体包括：

状态空间方程建立子模块，用于根据柔性直流输电系统的交流侧模型、直流侧模型、控制系统模型建立柔性直流输电系统的状态空间方程；

状态空间矩阵确定子模块，用于根据所述状态空间方程确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵。

进一步地，所述第一判断结果获得模块，具体包括：

振荡失稳状态判断子模块，用于若所述特征值根轨迹图中特征值根轨迹穿越零点进入坐标系的正实轴，或所述直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压发生剧烈波动，或所述交流侧电压频谱图中出现基频50Hz以外的振荡频率，则所述第一判断结果表示柔性直流输电系统处于振荡失稳状态；

稳定状态判断子模块，用于若所述特征值根轨迹图中特征值根轨迹不穿越零点进入坐标系的正实轴，且所述直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压保持恒定，且所述交流侧电压频谱图中不出现基频50Hz以外的振荡频率，则所述第一判断结果表示柔性直流输电系统处于稳定状态。

进一步地，所述虚拟阻抗控制的系数为

其中，G为虚拟阻抗控制的系数，R_vir和L_vir分别为虚拟电阻与虚拟电感，s为拉普拉斯算子，T_vir为一阶惯性环节时间参数。

进一步地，所述虚拟阻抗控制投入模块，具体包括：

电流获取子模块，用于获取柔性直流输电系统的交流侧d轴电流和内环电流的参考值；

调节电流确定子模块，用于根据所述交流侧d轴电流、所述内环电流的参考值和所述虚拟阻抗控制的系数，确定调节电流为

其中，I为调节电流，Δi_cdref为内环电流的参考值，Δi_cd为交流侧d轴电流；

状态方程获得子模块，用于将所述调节电流投入内环电流控制中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态方程为

其中，Δx_d为调节电流的积分，Δi_cdvir为虚拟电流变量，ΔU_cdref为d轴电压参考值，ΔU_sd为柔直系统换流器交流侧电压经过派克变换的d轴分量，w为旋转角频率，L_C为柔直系统换流器交流侧的线路电感值，k_{p_d}和k_{i_d}为内环PI控制的比例与积分参数；

虚拟阻抗控制投入后状态空间方程获得子模块，用于将所述状态方程带入柔性直流输电系统的状态空间方程中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态空间方程。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法，当根据状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图确定柔性直流输电系统处于振荡失稳状态时，利用虚拟电阻、虚拟电感和一阶惯性环节时间参数确定虚拟阻抗控制的系数，将确定了系数的虚拟阻抗控制投入柔性直流输电系统的控制系统中，调整虚拟阻抗控制的系数，直至柔性直流输电系统处于振稳定状态，则退出虚拟阻抗控制。本发明在系统发生振荡失稳时，投入使用虚拟阻抗控制，可以改变整个系统的状态空间方程，有效抑制不同频带的振荡失稳，从而提高系统的稳定性并抑制振荡失稳现象。

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他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法的控制电路总示意图；

图3为本发明实施例二提供的柔性直流输电系统的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的传递函数示意图；

图5为本发明实施例二提供的柔性直流输电系统的特征值根轨迹变换对比图；图5(a)为无虚拟阻抗控制时的特征值根轨迹变换示意图，图5(b)为有虚拟阻抗控制时的特征值根轨迹变换示意图；

图6为本发明实施例二提供的直流电压振荡的抑制效果示意图；

图7为本发明实施例二提供的柔性直流输电系统的交流侧电压的频谱图；

图7(a)为无虚拟阻抗控制时的交流侧电压的频谱图，图7(b)为有虚拟阻抗控制时的交流侧电压的频谱图；

图8为本发明实施例二提供的改变虚拟阻抗控制的虚拟电阻得到的柔性直流输电系统的特征值根轨迹图；图8(a)为虚拟电阻等于1时得到的柔性直流输电系统的特征值根轨迹图，图8(b)为虚拟电阻等于10时得到的柔性直流输电系统的特征值根轨迹图；

图9为本发明实施例二提供的改变虚拟阻抗控制的虚拟电阻得到的柔性直流输电系统的直流电压变换示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法及系统，以有效抑制不同频带的振荡失稳，提高系统的稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本发明提供了一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法，如图1所示，柔性直流输电系统为基于虚拟阻抗控制的柔性直流输电系统，方法包括：

S101，确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵，具体包括：

根据柔性直流输电系统的交流侧模型、直流侧模型、控制系统模型建立柔性直流输电系统的状态空间方程；

根据状态空间方程确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵。

S102，获取柔性直流输电系统的状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图。

S103，根据状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图判断柔性直流输电系统是否处于振荡失稳状态，获得第一判断结果，具体包括：

若特征值根轨迹图中特征值根轨迹穿越零点进入坐标系的正实轴，或直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压发生剧烈波动，或交流侧电压频谱图中出现基频50Hz以外的振荡频率，则第一判断结果表示柔性直流输电系统处于振荡失稳状态；

若特征值根轨迹图中特征值根轨迹不穿越零点进入坐标系的正实轴，且直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压保持恒定，且交流侧电压频谱图中不出现基频50Hz以外的振荡频率，则第一判断结果表示柔性直流输电系统处于稳定状态。

S104，若第一判断结果表示是，则根据虚拟电阻、虚拟电感和一阶惯性环节时间参数确定虚拟阻抗控制的系数。优选地，虚拟阻抗控制的系数为

其中，G为虚拟阻抗控制的系数，R_vir和L_vir分别为虚拟电阻与虚拟电感，s为拉普拉斯算子，T_vir为一阶惯性环节时间参数。

S105，将确定了系数的虚拟阻抗控制投入柔性直流输电系统的控制系统中，返回步骤“确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵”，直至第一判断结果表示否，退出虚拟阻抗控制。

将确定了系数的虚拟阻抗控制投入柔性直流输电系统的控制系统中，具体包括：

获取柔性直流输电系统的交流侧d轴电流和内环电流的参考值；

根据交流侧d轴电流、内环电流的参考值和虚拟阻抗控制的系数，确定调节电流为

其中，I为调节电流，Δi_cdref为内环电流的参考值，Δi_cd为交流侧d轴电流；

将调节电流投入内环电流控制中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态方程为

其中，Δx_d为调节电流的积分，Δi_cdvir为虚拟电流变量，ΔU_cdref为d轴电压参考值，ΔU_sd为柔直系统换流器交流侧电压经过派克变换的d轴分量，w为旋转角频率，L_C为柔直系统换流器交流侧的线路电感值，k_{p_d}和k_{i_d}为内环PI控制的比例与积分参数；

将状态方程带入柔性直流输电系统的状态空间方程中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态空间方程。

本发明提供的一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法的控制电路如图2所示。图2中，R_s表示交流侧线路的电阻值；L_s表示交流侧线路的电感值；U_s表示交流侧公共连接点的交流电压；R_c表示MMC换流器交流侧线路电阻；i_c表示交流侧电流；L_c表示MMC换流器交流侧线路电感；U_c表示MMC换流器交流侧电压；P表示交流侧电压源送出的有功功率；Q表示交流侧电压源送出的无功功率；U_dc表示MMC换流器直流侧电压。

U_sa表示交流侧公共连接点的a相交流电压；U_sb表示交流侧公共连接点的b相交流电压；U_sc表示交流侧公共连接点的c相交流电压；U_cd表示MMC换流器交流侧d轴电压；U_cq表示MMC换流器交流侧q轴电压；ω₀表示基频50Hz得到的角频率；θ表示锁相环得到的相位角；PI表示MMC控制环节中的比例与积分环节。

ΔU_sabc表示交流侧公共连接点的交流电压U_s在abc相下的分量；ΔU_sd表示交流侧公共连接点的交流电压U_s在d相下的分量；ΔU_sq表示交流侧公共连接点的交流电压U_s在q相下的分量；Δi_cabc表示交流侧电流i_c在abc相下的分量；Δi_sd表示交流侧电流i_c在d相下的分量；Δi_sq表示交流侧电流i_c在q相下的分量。

P_ref表示定有功功率参考值；P表示交流侧电压源送出的有功功率；U_dcref表示定直流电压参考值；U_dc表示MMC换流器直流侧电压；U_acref表示交流电压控制的电压参考值，U_ac表示公共连接点的电压值；

Δi_cd表示交流侧d轴电流；R_vir和L_vir分别表示虚拟电阻与虚拟电感，s表示拉普拉斯算子，T_vir表示一阶惯性环节时间参数；Δi_cdref表示内环电流的参考值；U_cdref表示电流内环控制得到的d轴电压参考值；U_cqref表示电流内环控制得到的q轴电压参考值；NLM表示MMC的最近电平逼近调制策略；CCSC表示MMC的环流抑制。

Q_ref表示定无功功率参考值；Q表示交流侧电压源送出的无功功率；Δi_cqref表示内环电流的q轴参考值；Δi_cd表示交流侧d轴电流；Δi_cq表示交流侧q轴电流；ω表示锁相环得到的角频率；L_c表示MMC换流器交流侧线路电感；ΔU_sq表示交流侧公共连接点的交流电压U_s在q轴坐标系下的分量。

i_cirdref表示d轴环流抑制电流参考值；i_cirqref表示q轴环流抑制电压参考值；U_cirdref表示d轴环流抑制电压参考值；U_cirqref表示q轴环流抑制电压参考值；i_cird表示MMC桥臂环流在d轴的分量；i_cirq表示MMC桥臂环流在q轴的分量；L_arm表示MMC的桥臂电感；U_{cir_abc}表示abc相的环流抑制电压参考值。

实施例二

以下面的具体过程来详细说明柔性直流输电系统的振荡抑制方法。

步骤1：根据柔性直流输电系统的交流侧模型、直流侧模型、控制系统模型建立传统的柔性直流输电系统的状态空间方程如下式所示(具体的状态空间方程表达式较为常见，不再给出)；

Δx为柔性直流输电系统的状态变量；

Δu为柔性直流输电系统的输入变量；

A为柔性直流输电系统的状态空间矩阵；

B为柔性直流输电系统的输入矩阵。

柔性直流输电系统的结构如图3所示。

步骤2：为了验证柔性直流输电系统是否发生了振荡失稳现象，通过观察以下三个波形进行判断：

(1)通过观察柔性直流输电系统状态空间矩阵A的特征值根轨迹的变换判断是否发生了振荡失稳现象：

若特征值根轨迹不穿越零点进入坐标系的正实轴，则说明系统不存在负阻尼，处于稳定状态；

若特征值根轨迹穿越零点进入坐标系的正实轴，则说明系统存在负阻尼，处于振荡失稳状态；

(2)通过观察柔性直流输电系统的直流电压波形变换判断是否发生了振荡失稳现象：

若柔性直流输电系统的直流电压保持恒定，则说明系统处于稳定状态；

若柔性直流输电系统的直流电压发生剧烈波动，则说明系统处于振荡失稳状态；

(3)利用快速傅里叶变换提取柔性直流输电系统交流侧电压波形的频谱图，通过观察频谱图判断是否发生了振荡失稳现象：

若频谱图不出现除基频50Hz以外的其他振荡频率，则说明系统处于稳定状态；

若频谱图出现除基频50Hz以外的其他振荡频率，则说明系统处于振荡失稳状态；

若步骤2中三个波形都满足判断系统稳定的条件，则说明系统处于稳定状态，不使用虚拟阻抗控制方法，直接进行步骤8；

若有一个或多个波形不满足步骤2中判断系统稳定的条件，则投入使用虚拟阻抗控制方法，进行步骤3-7；

步骤3：通过派克变换将abc坐标系下交流侧的电流Δi_cabc变为dq轴下的电流Δi_cd和Δi_cq，

派克变换的计算公式为：

外环电压采用定直流电压控制，从而可以得到内环电流的参考值Δi_cdref，计算公式如下所示，之后进行步骤4。

Δu_dc为柔直输电系统的直流电压，Δu_dcref为柔直输电系统的定直流电压控制的参考值，k_p和k_i为外环电压控制的PI控制的比例与积分参数。

步骤4：将步骤3得到的Δi_cd乘以虚拟阻抗控制的系数

得到

之后将步骤3得到的Δi_cdref作差得到

之后进行步骤5。

步骤5：将步骤4得到的

应用于柔性直流输电的控制系统中，计算公式如下式所示，之后进行步骤6。

其中，Δi_cdvir为虚拟电流变量，ΔU_sd为柔直系统换流器交流侧电压经过派克变换的d轴分量，w为旋转角频率，L_C为柔直系统换流器交流侧的线路电感值，k_{p_d}和k_{i_d}为内环PI控制的比例与积分参数。

将虚拟阻抗控制的系数应用于柔性直流输电的控制系统后，传递函数如图4所示。

步骤6：将步骤3-5得到的状态方程带入步骤1的柔性直流输电系统的状态空间方程中，会使得状态空间方程发生改变，从而会使得步骤1的状态空间矩阵发生改变。之后利用步骤2中提到的判断系统稳定性的方法，判断柔性直流输电系统的振荡失稳现象是否已经被完全抑制。

如果振荡失稳现象已经被完全抑制，则直接进入步骤8；

如果振荡失稳现象没有被完全抑制，则进入步骤7；

步骤7：如果步骤6中发现振荡失稳现象没有被完全抑制为了得到更好的振荡抑制效果，需要对所述的虚拟阻抗控制系数做出调整与改变。可以对虚拟阻抗控制的系数R_vir、L_vir或T_vir做出微调，保证步骤2中柔性直流输电系统的各个波形变换达到期望的效果，之后进入步骤8；

步骤8：通过进行步骤7，如果柔性直流输电系统的振荡已经被完全抑制，则退出虚拟阻抗控制，等待下一次柔性直流输电系统的振荡现象的出现，再次重复S2-S7步骤。

通过以下验证可以充分说明本发明的振荡抑制方法的有效性。

图5，当柔性直流输电系统换流站控制器不采用所述的一种虚拟阻抗控制时，柔性直流输电系统的状态空间矩阵的特征值根轨迹将会穿越零点进入正实轴；当柔性直流输电系统换流站控制器采用所述的一种虚拟阻抗控制时，柔性直流输电系统的状态空间矩阵的特征值根轨迹将不会穿越零点进入正实轴，验证了该方案可以有效的抑制系统失稳。图5的(a)和(b)的横坐标均为特征值根的实部Real，纵坐标均为特征值根的虚部Imag。

见图6，当柔性直流输电系统换流站控制器不采用所述的一种虚拟阻抗控制时，柔性直流输电系统的直流电压将会出现剧烈波动；若在2.1s采用所述的一种虚拟阻抗控制时，柔性直流输电系统的直流电压将会维持稳定。图6的横坐标表示时间，单位为s；纵坐标表示直流电压。

见图7，当柔性直流输电系统换流站控制器不采用所述的一种虚拟阻抗控制时，利用快速傅里叶变换提取柔性直流输电系统交流侧电压的频谱图，将会出现100-150Hz不等的振荡以及谐波；当柔性直流输电系统换流站控制器采用所述的一种虚拟阻抗控制时，利用快速傅里叶变换提取柔性直流输电系统交流侧电压的频谱图，100-150Hz的的振荡以及谐波被抑制。

见图8，在使用所述的一种虚拟阻抗控制用于柔性直流输电系统的振荡抑制方法时，为了得到更好的振荡抑制效果，可以改变虚拟阻抗控制的参数R_vir，当R_vir分别为1和10时，所述的一种虚拟阻抗控制对于改善柔性直流输电系统特征值根轨迹所得到的效果是不同的。图8的(a)和(b)的横坐标均为特征值根的实部Real，纵坐标均为特征值根的虚部Imag。

见图9，在使用所述的一种虚拟阻抗控制用于柔性直流输电系统的振荡抑制方法时，为了得到更好的振荡抑制效果，可以改变虚拟阻抗控制的参数R_vir，当R_vir分别为1和10时，所述的一种虚拟阻抗控制对于抑制柔性直流输电系统直流电压波动所得到的效果是不同的。图9的横坐标表示时间，单位为s；纵坐标表示直流电压。

本申请的优点在于：

(1)所述的一种虚拟阻抗控制用于柔性直流输电系统的振荡抑制方法不需要额外加装振荡抑制设备，仅需要将所述的一种虚拟阻抗控制用于柔性直流输电系统换流站控制器的内环控制即可；

(2)所述的一种虚拟阻抗控制用于柔性直流输电系统的振荡抑制方法可以针对不同频段的振荡现象起到抑制效果；

(3)所述的一种虚拟阻抗控制用于柔性直流输电系统的振荡抑制方法不会改变系统的运行工况，仅在系统发生振荡时投入使用，当振荡消失后，便可以退出使用。

实施例三

本发明还提供了一种柔性直流输电系统的振荡抑制系统，柔性直流输电系统为基于虚拟阻抗控制的柔性直流输电系统，系统包括：

状态空间矩阵确定模块，用于确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵；

图获取模块，用于获取柔性直流输电系统的状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图；

第一判断结果获得模块，用于根据状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图判断柔性直流输电系统是否处于振荡失稳状态，获得第一判断结果；

系数确定模块，用于若第一判断结果表示是，则根据虚拟电阻、虚拟电感和一阶惯性环节时间参数确定虚拟阻抗控制的系数；

虚拟阻抗控制投入模块，用于将确定了系数的虚拟阻抗控制投入柔性直流输电系统的控制系统中，返回步骤“确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵”，直至第一判断结果表示否，退出虚拟阻抗控制。

状态空间矩阵确定模块，具体包括：

状态空间方程建立子模块，用于根据柔性直流输电系统的交流侧模型、直流侧模型、控制系统模型建立柔性直流输电系统的状态空间方程；

状态空间矩阵确定子模块，用于根据状态空间方程确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵。

第一判断结果获得模块，具体包括：

振荡失稳状态判断子模块，用于若特征值根轨迹图中特征值根轨迹穿越零点进入坐标系的正实轴，或直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压发生剧烈波动，或交流侧电压频谱图中出现基频50Hz以外的振荡频率，则第一判断结果表示柔性直流输电系统处于振荡失稳状态；

稳定状态判断子模块，用于若特征值根轨迹图中特征值根轨迹不穿越零点进入坐标系的正实轴，且直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压保持恒定，且交流侧电压频谱图中不出现基频50Hz以外的振荡频率，则第一判断结果表示柔性直流输电系统处于稳定状态。

虚拟阻抗控制的系数为

其中，G为虚拟阻抗控制的系数，R_vir和L_vir分别为虚拟电阻与虚拟电感，s为拉普拉斯算子，T_vir为一阶惯性环节时间参数。

虚拟阻抗控制投入模块，具体包括：

电流获取子模块，用于获取柔性直流输电系统的交流侧d轴电流和内环电流的参考值；

调节电流确定子模块，用于根据交流侧d轴电流、内环电流的参考值和虚拟阻抗控制的系数，确定调节电流为

其中，I为调节电流，Δi_cdref为内环电流的参考值，Δi_cd为交流侧d轴电流；

状态方程获得子模块，用于将调节电流投入内环电流控制中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态方程为

其中，Δx_d为调节电流的积分，Δi_cdvir为虚拟电流变量，ΔU_cdref为d轴电压参考值，ΔU_sd为柔直系统换流器交流侧电压经过派克变换的d轴分量，w为旋转角频率，L_C为柔直系统换流器交流侧的线路电感值，k_{p_d}和k_{i_d}为内环PI控制的比例与积分参数；

虚拟阻抗控制投入后状态空间方程获得子模块，用于将状态方程带入柔性直流输电系统的状态空间方程中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态空间方程。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种柔性直流输电系统的振荡抑制方法，其特征在于，所述柔性直流输电系统为基于虚拟阻抗控制的柔性直流输电系统，所述方法包括：

确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵；

获取柔性直流输电系统的状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图；

根据状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图判断柔性直流输电系统是否处于振荡失稳状态，获得第一判断结果；

若第一判断结果表示是，则根据虚拟电阻、虚拟电感和一阶惯性环节时间参数确定虚拟阻抗控制的系数；

将确定了系数的虚拟阻抗控制投入柔性直流输电系统的控制系统中，返回步骤“确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵”，直至第一判断结果表示否，退出所述虚拟阻抗控制。

2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统的振荡抑制方法，其特征在于，所述确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵，具体包括：

根据柔性直流输电系统的交流侧模型、直流侧模型、控制系统模型建立柔性直流输电系统的状态空间方程；

根据所述状态空间方程确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵。

3.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统的振荡抑制方法，其特征在于，所述根据状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图判断柔性直流输电系统是否处于振荡失稳状态，获得第一判断结果，具体包括：

若所述特征值根轨迹图中特征值根轨迹穿越零点进入坐标系的正实轴，或所述直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压发生剧烈波动，或所述交流侧电压频谱图中出现基频50Hz以外的振荡频率，则所述第一判断结果表示柔性直流输电系统处于振荡失稳状态；

若所述特征值根轨迹图中特征值根轨迹不穿越零点进入坐标系的正实轴，且所述直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压保持恒定，且所述交流侧电压频谱图中不出现基频50Hz以外的振荡频率，则所述第一判断结果表示柔性直流输电系统处于稳定状态。

4.根据权利要求2所述的柔性直流输电系统的振荡抑制方法，其特征在于，所述虚拟阻抗控制的系数为

其中，G为虚拟阻抗控制的系数，R_vir和L_vir分别为虚拟电阻与虚拟电感，s为拉普拉斯算子，T_vir为一阶惯性环节时间参数。

5.根据权利要求4所述的柔性直流输电系统的振荡抑制方法，其特征在于，所述将确定了系数的虚拟阻抗控制投入柔性直流输电系统的控制系统中，具体包括：

获取柔性直流输电系统的交流侧d轴电流和内环电流的参考值；

根据所述交流侧d轴电流、所述内环电流的参考值和所述虚拟阻抗控制的系数，确定调节电流为

其中，I为调节电流，Δi_cdref为内环电流的参考值，Δi_cd为交流侧d轴电流；

将所述调节电流投入内环电流控制中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态方程为

其中，Δx_d为调节电流的积分，Δi_cdvir为虚拟电流变量，ΔU_cdref为d轴电压参考值，ΔU_sd为柔直系统换流器交流侧电压经过派克变换的d轴分量，w为旋转角频率，L_C为柔直系统换流器交流侧的线路电感值，k_{p_d}和k_{i_d}为内环PI控制的比例与积分参数；

将所述状态方程带入柔性直流输电系统的状态空间方程中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态空间方程。

6.一种柔性直流输电系统的振荡抑制系统，其特征在于，所述柔性直流输电系统为基于虚拟阻抗控制的柔性直流输电系统，所述系统包括：

状态空间矩阵确定模块，用于确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵；

图获取模块，用于获取柔性直流输电系统的状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图；

第一判断结果获得模块，用于根据状态空间矩阵的特征值根轨迹图、直流电压波形图和交流侧电压频谱图判断柔性直流输电系统是否处于振荡失稳状态，获得第一判断结果；

系数确定模块，用于若第一判断结果表示是，则根据虚拟电阻、虚拟电感和一阶惯性环节时间参数确定虚拟阻抗控制的系数；

虚拟阻抗控制投入模块，用于将确定了系数的虚拟阻抗控制投入柔性直流输电系统的控制系统中，返回步骤“确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵”，直至第一判断结果表示否，退出所述虚拟阻抗控制。

7.根据权利要求6所述的柔性直流输电系统的振荡抑制系统，其特征在于，所述状态空间矩阵确定模块，具体包括：

状态空间方程建立子模块，用于根据柔性直流输电系统的交流侧模型、直流侧模型、控制系统模型建立柔性直流输电系统的状态空间方程；

状态空间矩阵确定子模块，用于根据所述状态空间方程确定柔性直流输电系统的状态空间矩阵。

8.根据权利要求6所述的柔性直流输电系统的振荡抑制系统，其特征在于，所述第一判断结果获得模块，具体包括：

振荡失稳状态判断子模块，用于若所述特征值根轨迹图中特征值根轨迹穿越零点进入坐标系的正实轴，或所述直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压发生剧烈波动，或所述交流侧电压频谱图中出现基频50Hz以外的振荡频率，则所述第一判断结果表示柔性直流输电系统处于振荡失稳状态；

稳定状态判断子模块，用于若所述特征值根轨迹图中特征值根轨迹不穿越零点进入坐标系的正实轴，且所述直流电压波形图中柔性直流输电系统的直流电压保持恒定，且所述交流侧电压频谱图中不出现基频50Hz以外的振荡频率，则所述第一判断结果表示柔性直流输电系统处于稳定状态。

9.根据权利要求7所述的柔性直流输电系统的振荡抑制系统，其特征在于，所述虚拟阻抗控制的系数为

其中，G为虚拟阻抗控制的系数，R_vir和L_vir分别为虚拟电阻与虚拟电感，s为拉普拉斯算子，T_vir为一阶惯性环节时间参数。

10.根据权利要求9所述的柔性直流输电系统的振荡抑制系统，其特征在于，所述虚拟阻抗控制投入模块，具体包括：

电流获取子模块，用于获取柔性直流输电系统的交流侧d轴电流和内环电流的参考值；

调节电流确定子模块，用于根据所述交流侧d轴电流、所述内环电流的参考值和所述虚拟阻抗控制的系数，确定调节电流为

其中，I为调节电流，Δi_cdref为内环电流的参考值，Δi_cd为交流侧d轴电流；

状态方程获得子模块，用于将所述调节电流投入内环电流控制中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态方程为

其中，Δx_d为调节电流的积分，Δi_cdvir为虚拟电流变量，ΔU_cdref为d轴电压参考值，ΔU_sd为柔直系统换流器交流侧电压经过派克变换的d轴分量，w为旋转角频率，L_C为柔直系统换流器交流侧的线路电感值，k_{p_d}和k_{i_d}为内环PI控制的比例与积分参数；

虚拟阻抗控制投入后状态空间方程获得子模块，用于将所述状态方程带入柔性直流输电系统的状态空间方程中，获得虚拟阻抗控制投入后柔性直流输电系统的状态空间方程。

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