CN113422381A - 一种柔性直流换流器定交流侧电压控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种柔性直流换流器定交流侧电压控制系统及方法，包括：将正序交流电压外环控制环节的正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，使得正序交流侧电压d轴和q轴参考值分别减去对应的正序交流侧d轴和q轴总电压后得到的正序d轴和q轴电压偏差量，经过正序交流电压外环控制环节中的PI控制器后得到电流内环d轴和q轴参考值，作为正序电流内环控制环节的输入；去掉正序电流环以及负序电流环中的电压前馈模块的滤波环节，使得正序电流环和负序电流环的电压前馈均采用瞬时电压值前馈。本申请极大降低了柔性直流换流器接入无源网络或孤岛风电场发生中高频谐振的风险。

Description

一种柔性直流换流器定交流侧电压控制系统及方法

技术领域

本申请涉及高压直流输电技术领域，尤其涉及一种柔性直流换流器定交流侧电压控制系统及方法。

背景技术

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术具有控制灵活、输出电压谐波含量小、可向无源系统供电等优点，近年来在异步电网互联、远距离输电、大规模海上风电并网等领域得到广泛应用。由于柔性直流换流器为具有宽频响应特性的电力电子装置，在某些频段呈现出负阻尼特性，当柔性直流输电系统接入交流电网或风电系统时易引发谐波谐振现象。因此，有必要针对柔性直流系统接入交流电网的高频谐振问题提出有效的抑制措施。

在不同的应用场景下，柔性直流换流器的控制策略存在差异，当柔性直流换流器接入交流大电网时通常采用电网跟踪型控制策略，通过PLL实现与交流电网的同步，如传统的定功率、定直流电压控制策略等。当接入无源网络或孤岛风电场时通常采用定交流侧电压控制策略，无需跟踪交流电网相位，通过控制交流侧输出电压幅值和频率，为无源系统或风电场提供稳定可靠的电压支撑。目前，国内外针对电网跟踪型控制策略的柔性直流换流器高频谐振问题开展了大量研究，并提出了有效的抑制措施。而对于定交流侧电压控制策略下的柔性直流换流器高频谐振问题研究尚处于起步阶段，并且缺乏有效的抑制措施。

发明内容

本申请实施例提供了一种柔性直流换流器定交流侧电压控制系统及方法，解决了现有的柔性直流换流器在定交流侧电压控制策略下中高频阻抗特性较差，当接入无源系统或孤岛风电场时产生中高频谐振的风险高的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种柔性直流换流器定交流侧电压控制系统，所述系统包括：

dq轴正变换环节、正序电压外环控制环节、正序电流内环控制环节、负序电流内环控制环节、dq轴逆变换环节；所述正序电流内环控制环节包括正序电流PI控制模块、dq轴解耦控制模块、电压前馈模块，所述电压前馈模块包括滤波环节；所述负序电流内环控制环节包括负序电流PI控制模块、dq轴解耦控制模块、电压前馈模块，所述电压前馈模块包括滤波环节；

将所述正序电压外环控制环节的正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，使得正序交流侧电压d轴和q轴参考值分别减去对应的正序交流侧d轴和q轴总电压后得到的正序d轴和q轴电压偏差量，经过所述正序电压外环控制环节中的PI控制器后得到电流内环d轴和q轴参考值，作为所述正序电流内环控制环节的输入；

去掉正序电流环以及负序电流环中的所述电压前馈模块的滤波环节，使得所述正序电流环和所述负序电流环的电压前馈均采用瞬时电压值前馈。

可选的，设置所述正序电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与所述正序电流内环控制环节的PI控制器比例系数的乘积值为1。

可选的，设置所述正序电流内环控制环节以及所述负序电流内环控制环节的PI控制器比例系数值为0.3～0.8。

本申请第二方面提供一种柔性直流换流器定交流侧电压控制方法，所述方法包括：

将正序电压外环控制环节的正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，使得得到的电流内环d轴和q轴参考值作为负序电流内环控制环节的输入；

去掉交流侧电压控制系统中的电压前馈模块的滤波环节，使得所述交流侧电压控制系统中的电压前馈均采用瞬时电压值前馈。

可选的，所述将正序电压外环控制环节的正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，使得得到的电流内环d轴和q轴参考值作为负序电流内环控制环节的输入，之后换流器正负序阻抗为：

式中，L为换流器交流侧等效电感，G_d为系统调制与链路延时传递函数，G_AC为电流外环PI控制器传递函数，G_i为电流内环PI控制器传递函数，G⁺、G^-代表不同的频率偏移，其中G⁺＝G(s-jω₁)、G^-＝G(s+jω₁)，ω₁为基波角频率；G_sd为1/4工频周期延时滤波环节传递函数；K_d为电流内环解耦系数；G_sv、G_si分别为电压采样和电流采样环节传递函数；G_fv为电压前馈低通滤波器。

可选的，所述去掉交流侧电压控制系统中的电压前馈模块的滤波环节，使得所述交流侧电压控制系统中的电压前馈均采用瞬时电压值前馈，之后换流器正负序阻抗为：

可选的，在所述去掉交流侧电压控制系统中的电压前馈模块的滤波环节，使得所述交流侧电压控制系统中的电压前馈均采用瞬时电压值前馈，之后还包括：

将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1。

可选的，将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1，则换流器正负序阻抗表达式变型为：

式中，L为换流器交流侧等效电感，G_d为系统调制与链路延时传递函数，G_AC为电流外环PI控制器传递函数，G_i为电流内环PI控制器传递函数，G⁺、G^-代表不同的频率偏移，其中G⁺＝G(s-jω₁)、G^-＝G(s+jω₁)，ω₁为基波角频率；G_sd为1/4工频周期延时滤波环节传递函数；K_d为电流内环解耦系数；G_si为电压采样和电流采样环节传递函数。

可选的，将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1，之后还包括：

将所述电流内环控制环节中的PI控制器比例系数设置为0.3～0.8。

可选的，所述将所述电流内环控制环节中的PI控制器比例系数设置为0.3～0.8，则所述换流器正负序阻抗表达式变型为：

式中，T表示工频周期。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请实施例中，提供了一种柔性直流换流器定交流侧电压控制系统，将正序交流电压外环控制环节的正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，使得正序交流侧电压d轴和q轴参考值分别减去对应的正序交流侧d轴和q轴总电压后得到的正序d轴和q轴电压偏差量，经过正序交流电压外环控制环节中的PI控制器后得到电流内环d轴和q轴参考值，作为正序电流内环控制环节的输入；去掉正序电流环以及负序电流环中的电压前馈滤波模块中的滤波环节，使得正序电流环和负序电流环的电压前馈均采用瞬时电压值前馈。

本申请通过将正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压以及去掉系统中的电压前馈模块的滤波环节，并将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1，使得柔性直流换流器定交流侧电压控制系统中的等效电阻在中高频段的负阻尼特性基本得到抑制，极大降低了柔性直流换流器接入无源网络或孤岛风电场发生中高频谐振的风险。

附图说明

图1为本申请一种柔性直流换流器定交流侧电压控制系统的一个实施例中的系统架构图；

图2为本申请一种柔性直流换流器定交流侧电压控制方法的一个实施例的方法流程图；

图3为现有的柔性直流换流器一次系统拓扑图；

图4为现有的柔性直流换流器的交流侧电压、电流正负序dq轴分量提取的等效示意图；

图5为现有的柔性直流换流器的交流侧正负序电压、电流控制框图；

图6为现有的定交流侧电压控制下柔性直流换流器正负序阻抗频率特性曲线示意图；

图7为本申请一个实施例中将正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压以及去掉电压前馈模块的滤波环节后换流器阻抗的频率特性曲线示意图；

图8为本申请一个实施例中将正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，去掉电压前馈模块的滤波环节以及将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1后的换流器阻抗的频率特性曲线示意图；

图9为本申请一个实施例中将正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，去掉电压前馈模块的滤波环节，将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1以及将电流内环控制环节中的PI控制器比例系数设置为0.3～0.8后的换流器阻抗的频率特性曲线示意图。

具体实施方式

现有技术：

柔性直流换流器一次系统拓扑图如图3所示，采用模块化多电平结构。定交流侧电压控制下，柔性直流换流器通常采用交流侧电压外环、电流内环的双闭环控制策略，典型的实现方法如图4、图5所示，包括：正序dq轴变换环节、负序dq轴变换环节。图5包括正序交流电压外环控制环节、正序电流内环控制环节、负序电流内环控制环节、dq轴逆变换等环节，其中电流内环控制包括电流PI控制模块、dq轴解耦控制模块、电压前馈控制模块、电压前馈滤波(G_fv)。

图4中正序dq轴变换中网侧三相电压u_ABC以给定的相角θ₁为基准，进行abc/dq派克变化，得到dq轴电压u_d、u_q后经过1/4工频周期延时滤波器G_sd生成正序dq轴电压u_dP、u_qP，同理可得到正序dq轴电流i_dP、i_qP；负序dq轴变换中网侧三相电压u_ABC以给定的相角-θ₁为基准，进行abc/dq派克变化，得到dq轴电压后经过1/4工频周期延时滤波器G_sd生成负序dq轴电压u_dN、u_qN，同理可得到负序dq轴电流i_dN、i_qN。

图5所示的柔性直流换流器采用交流侧电压外环、电流内环控制结构，其中电流内环采用正负序分离的控制结构。与连接有源电网下的控制方式不同，定交流侧电压控制中，坐标变换的角度直接给定为θ₁＝ω₁t，因此可将并网点交流电压的频率控制在额定频率。

图5中正序电压外环控制环节用于将正序交流侧电压参考值分别减去q轴的正序电压和d轴的正序电压后，经过PI控制器后生成电流内环正序q轴电流参考值和d轴电流参考值；正序电流内环控制环节用于将电流内环正序q轴电流参考值和d轴电流参考值分别减去对应的电流内环正序q轴电流实际值和d轴电流实际值后，输入至PI控制器后加上dq轴解耦项和电压前馈项，得到正序电流内环输出，其中电压前馈中包含电压前馈模块中的滤波环节用于对d轴的正序电压和q轴的正序电压进行滤波；

负序电流内环将负序dq轴电流参考值分别减去负序dq轴电流实际值后，输入至PI控制器后加上dq轴解耦项和电压前馈项，得到负序电流内环输出，其中电压前馈中包含电压前馈模块中的滤波环节用于对d轴的负序电压和q轴的负序电压进行滤波；

dq轴逆变换模块用于对q轴和d轴正序电压参考值进行dq轴逆变换，得到控制器abc轴正序参考电压；还用于对q轴和d轴负序电压参考值进行dq轴逆变换，得到控制器abc轴负序参考电压；控制器abc轴正序参考电压和控制器abc轴负序参考电压相加后经过调制环节和链路延时等效环节得到abc轴参考电压；

具体的，如图5所示，正序交流侧电压外环控制量分别是母线d轴正序电压u_dP和q轴正序电压u_qP，给定正序交流侧电压参考值

等于所需控制母线电压幅值、

为零，保持交流侧母线电压幅值稳定，电压参考值

减去实际值u_dP后经过PI控制器生成电流内环正序d轴电流参考值

电压参考值

减去实际值u_qP后经过PI控制器生成电流内环正序q轴电流参考值

正序电流内环中，正序dq轴电流参考值

分别减去实际值i_dP、i_qP经过PI控制器后分别加上解耦项-K_di_qP、K_di_dP和电压前馈项得到负序电流内环输出。负序电流内环中，负序dq轴电流参考值

给定为零，分别减去实际值i_dN、i_qN经过PI控制器后分别加上解耦项K_di_qN、-K_di_dN和电压前馈项得到负序电流内环输出。。

其中，电压前馈环节中，电网电压正、负序dq轴分量分别经过低通滤波器(滤波环节)，正序电流内环输出和负序电流内环输出分别经过dq轴逆变换后得到控制器abc轴参考电压

控制器abc轴正负序参考电压

相加后，经过调制环节和链路延时等效环节得到abc轴参考电压

图3至图5中，u_d、u_q、i_d、i_q分别表示交流侧电压、电流dq轴分量，下标A、B、C分别表示ABC三相，下标P、N分别表示正负序分量，上标“*”、ref表示参考值。G_sd为1/4工频周期延时滤波环节传递函数；K_d为电流内环解耦系数；G_sv、G_si分别为电压采样和电流采样环节传递函数；G_fv为电压前馈低通滤波器；PI表示PI控制器。

当采用如图3所示的定交流侧电压控制策略时，柔性直流换流器的正负序等效阻抗如下式所示。式中，L为换流器交流侧等效电感，G_d为系统调制与链路延时传递函数，G_AC为电压外环PI控制器传递函数，G_i为电流内环PI控制器传递函数，G⁺、G^-代表不同的频率偏移，其中G⁺＝G(s-jω₁)、G^-＝G(s+jω₁)，ω₁为基波角频率。

各传递函数表达式如表1所示：

表1各控制环节传递函数

给定参数如表2所示，由柔性直流换流器的正负序等效阻抗的计算公式得到换流器正负序阻抗频率特性曲线如图6所示。换流器阻抗曲线出现了严重的振荡，在400～1500Hz、2000～4000Hz范围内多处相角处于-90°～90°以外，负阻尼现象严重，当接入交流电网时存在较大的中高频谐振风险。

该现象主要由换流器等效阻抗的分母项引起，与电压前馈滤波器、交流电压控制外环、电流控制外环、正负序采样环节有关，因此本申请针对以上几个环节对控制系统进行结构和参数优化，提出一种具有高频谐振抑制作用的柔性直流换流器定交流侧电压控制方法。

表2系统参数

现有技术中的柔性直流换流器与交流电网阻抗匹配不当是容易产生高频谐振现象的根本原因，根据奈奎斯特判据可知，柔性直流换流器与交流电网的阻抗比满足以下两个充分不必要条件之一时即可保证系统的谐振稳定性，其一是交流电网阻抗始终小于换流器阻抗，但交流电网可能存在多个谐振，幅值变化范围较大，该条件难以满足；其二是交流电网和柔性直流换流器等效阻抗相角差始终小于180°，若能保证换流器等效阻抗呈现正实部，在交流电网不产生负阻尼的情况下系统必然能确保稳定，此时无需再判断阻抗幅值特性情况。因此，本发明从改善柔性直流换流器等效阻抗出发，提出一种具有高频谐振抑制作用的柔性直流换流器定交流侧电压控制系统及方法，以降低柔性直流换流器接入无源系统或孤岛风电场发生谐振的风险。

本申请通过将正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压以及去掉系统中的电压前馈模块的滤波环节，使得柔性直流换流器定交流侧电压控制系统中的等效电阻在中高频段的负阻尼特性基本得到抑制，极大降低了柔性直流换流器接入无源网络或孤岛风电场发生中高频谐振的风险。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

实施例一：

图5为本申请一种柔性直流换流器定交流侧电压控制系统的一个实施例的系统架构图，如图1所示，图1中包括：

将所述正序电压外环控制环节的正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，使得正序交流侧电压d轴和q轴参考值分别减去对应的正序交流侧d轴和q轴总电压后得到的正序d轴和q轴电压偏差量，经过所述正序电压外环控制环节中的PI控制器后得到电流内环d轴和q轴参考值，作为所述正序电流内环控制环节的输入；

去掉正序电流环以及负序电流环中的所述电压前馈模块的滤波环节，使得所述正序电流环和所述负序电流环的电压前馈均采用瞬时电压值前馈。

需要说明的是，本申请可以将正序电压外环控制量由交流侧正序dq轴电压实际值u_dP、u_qP改为交流侧电压dq轴总电压u_d、u_q(可参考图1和图5中正序电压电流环的正序电压外环控制中的电压)，令交流电压环d轴参考值

为所需控制交流母线电压幅值、

为0，交流电压dq轴参考值分别减去交流侧电压dq轴总电压u_d、u_q后得到偏差量分别经过PI控制得到正序电流内环dq轴参考值

则换流器正负序阻抗表达式中的分母的扰动项

变为

1/4周期延时滤波器对换流器等效阻抗分母项的影响消失，此时换流器正负序阻抗表达式为：

式中，L为换流器交流侧等效电感，G_d为系统调制与链路延时传递函数，G_AC为电流外环PI控制器传递函数，G_i为电流内环PI控制器传递函数，G⁺、G^-代表不同的频率偏移，其中G⁺＝G(s-jω₁)、G^-＝G(s+jω₁)，ω₁为基波角频率；G_sd为1/4工频周期延时滤波环节传递函数；K_d为电流内环解耦系数；G_sv、G_si分别为电压采样和电流采样环节传递函数；G_fv为电压前馈低通滤波器；PI表示PI控制器。

将正序电压外环控制量由交流侧正序dq轴电压实际值u_dP、u_qP改为交流侧电压dq轴总电压u_d、u_q，同时取消电压前馈低通滤波器之后，正负电压前馈均采用瞬时值前馈，换流器正负序阻抗表达式中的分母的扰动项G_svG_dG_fv变为G_svG_d，此时换流器正负序阻抗表达式变型为：

在一种具体的实施方式中，本申请可以设置正序电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与正序电流内环控制环节的PI控制器比例系数的乘积值为1。

需要说明的是，将正序电压外环控制量由交流侧正序dq轴电压实际值u_dP、u_qP改为交流侧电压dq轴总电压u_d、u_q，同时取消电压前馈低通滤波器以及设置正序电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与正序电流内环控制环节的PI控制器比例系数的乘积值为1之后，有

则

此时换流器正负序阻抗表达式变型为：

在一种具体的实施方式中，在保证系统动态性能的前提下，设置所述正序电流内环控制环节以及所述负序电流内环控制环节的PI控制器比例系数值尽可能小，可以设置正序电流内环控制环节以及负序电流内环控制环节的PI控制器比例系数值为0.3～0.8。

需要说明的是，由于-jK_dG⁺ _sd+jK_dG^- _sd＝K_de^-sT/4，且PI控制器的积分项在中高频段很小，换流器正负序阻抗表示式可进一步变形为：

由上式可知，减小电流PI控制器比例系数的大小可以削弱系统延时项G_d的影响，因此在满足将正序电压外环控制量由交流侧正序dq轴电压实际值u_dP、u_qP改为交流侧电压dq轴总电压u_d、u_q，同时取消电压前馈低通滤波器，设置正序电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与正序电流内环控制环节的PI控制器比例系数的乘积值为1以及在保证系统动态性能的前提下，设置正序电流内环控制环节以及负序电流内环控制环节的PI控制器比例系数值尽可能小，换流器等效阻抗的负阻尼特性可以进一步被削弱。

本申请通过将正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压以及去掉系统中的电压前馈模块的滤波环节，使得柔性直流换流器定交流侧电压控制系统中的等效电阻在中高频段的负阻尼特性基本得到抑制，极大降低了柔性直流换流器接入无源网络或孤岛风电场发生中高频谐振的风险。

实施例二：

本申请还提供了一种柔性直流换流器定交流侧电压控制方法，包括：

201、将正序电压外环控制环节的正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，使得得到的电流内环d轴和q轴参考值作为负序电流内环控制环节的输入；

需要说明的是，将正序电压外环控制环节的正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，使得得到的电流内环d轴和q轴参考值作为负序电流内环控制环节的输入，之后换流器正负序阻抗为：

式中，L为换流器交流侧等效电感，G_d为系统调制与链路延时传递函数，G_AC为电流外环PI控制器传递函数，G_i为电流内环PI控制器传递函数，G⁺、G^-代表不同的频率偏移，其中G⁺＝G(s-jω₁)、G^-＝G(s+jω₁)，ω₁为基波角频率；G_sd为1/4工频周期延时滤波环节传递函数；K_d为电流内环解耦系数；G_sv、G_si分别为电压采样和电流采样环节传递函数；G_fv为电压前馈低通滤波器。

202、去掉交流侧电压控制系统中的电压前馈模块的滤波环节，使得所述交流侧电压控制系统中的电压前馈均采用瞬时电压值前馈。

需要说明的是，去掉交流侧电压控制系统中的电压前馈模块的滤波环节，使得交流侧电压控制系统中的电压前馈均采用瞬时电压值前馈，之后换流器正负序阻抗为：

在一种具体的实施方式中，在去掉交流侧电压控制系统中的电压前馈模块的滤波环节，使得交流侧电压控制系统中的电压前馈均采用瞬时电压值前馈，之后还包括：

将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1。

需要说明的是，将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1，则换流器正负序阻抗表达式变型为：

式中，L为换流器交流侧等效电感，G_d为系统调制与链路延时传递函数，G_AC为电流外环PI控制器传递函数，G_i为电流内环PI控制器传递函数，G⁺、G^-代表不同的频率偏移，其中G⁺＝G(s-jω₁)、G^-＝G(s+jω₁)，ω₁为基波角频率；G_sd为1/4工频周期延时滤波环节传递函数；K_d为电流内环解耦系数；G_si为电压采样和电流采样环节传递函数。

在一种具体的实施方式中，在将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1，之后还包括：

将电流内环控制环节中的PI控制器比例系数设置为0.3～0.8。

需要说明的是，将电流内环控制环节中的PI控制器比例系数设置为0.3～0.8，则换流器正负序阻抗表达式变型为：

式中，T表示工频周期。

效果说明：

本申请还对所提控制方法对高频谐振特性的抑制效果进行说明：

以表1和表2所示参数对本申请所提控制方法对高频谐振特性的抑制效果进行说明：

在将正序电压外环控制量由交流侧正序dq轴电压实际值u_dP、u_qP改为交流侧电压dq轴总电压u_d、u_q，同时取消电压前馈模块的低通滤波器之后，例如，可以令K_{p_i}＝1、K_{p_AC}＝0.1得到换流器阻抗的频率特性曲线如图7所示，可见此时换流器阻抗曲线中由1/4工频周期延时滤波器引起的波动现象消失，但幅值特性曲线仍然存在谐振峰，且依然存在较大范围的负阻尼现象。

在将正序电压外环控制量由交流侧正序dq轴电压实际值u_dP、u_qP改为交流侧电压dq轴总电压u_d、u_q，同时取消电压前馈低通滤波器以及设置正序电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与正序电流内环控制环节的PI控制器比例系数的乘积值为1之后，例如，可以令K_{p_i}＝1、K_{p_AC}＝1得到换流器阻抗的频率特性曲线如图8所示，可见此时幅值特性曲线的谐振峰消失，中高频段的负阻尼特性曲线消失，由电压前馈引入的负阻尼特性得到完全抑制。但在600～1500Hz范围内仍然存在较弱的负阻尼特性，该负阻尼特性主要由电流内环PI控制器和系统延时共同作用产生。

在将正序电压外环控制量由交流侧正序dq轴电压实际值u_dP、u_qP改为交流侧电压dq轴总电压u_d、u_q，同时取消电压前馈低通滤波器以及设置正序电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与正序电流内环控制环节的PI控制器比例系数的乘积值为1之后，进一步设置正序电流内环控制环节以及负序电流内环控制环节的PI控制器比例系数值为0.3～0.8，例如，可以令K_{p_i}＝0.5、K_{p_AC}＝2得到换流器阻抗的频率特性曲线如图9所示，在600～1500Hz范围内换流器阻抗相角进一步接近90°，换流器的负阻尼特性基本得到抑制。

综上可知，采用本发明所提定交流侧电压控制方法后，柔性直流换流器等效阻抗在中高频段的负阻尼特性基本得到抑制，极大降低了柔性直流换流器接入无源网络或孤岛风电场发生中高频谐振的风险。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请中术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种柔性直流换流器定交流侧电压控制系统，包括dq轴正变换环节、正序电压外环控制环节、正序电流内环控制环节、负序电流内环控制环节、dq轴逆变换环节；所述正序电流内环控制环节包括正序电流PI控制模块、dq轴解耦控制模块、电压前馈模块，所述电压前馈模块包括滤波环节；所述负序电流内环控制环节包括负序电流PI控制模块、dq轴解耦控制模块、电压前馈模块，所述电压前馈模块包括滤波环节，其特征在于：

将所述正序电压外环控制环节的正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，使得正序交流侧电压d轴和q轴参考值分别减去对应的正序交流侧d轴和q轴总电压后得到的正序d轴和q轴电压偏差量，经过所述正序电压外环控制环节中的PI控制器后得到电流内环d轴和q轴参考值，作为所述正序电流内环控制环节的输入；

去掉正序电流环以及负序电流环中的所述电压前馈模块的滤波环节，使得所述正序电流环和所述负序电流环的电压前馈均采用瞬时电压值前馈。

2.根据权利要求1所述的柔性直流换流器定交流侧电压控制系统，其特征在于，设置所述正序电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与所述正序电流内环控制环节的PI控制器比例系数的乘积值为1。

3.根据权利要求1所述的柔性直流换流器定交流侧电压控制系统，其特征在于，设置所述正序电流内环控制环节以及所述负序电流内环控制环节的PI控制器比例系数值为0.3～0.8。

4.一种柔性直流换流器定交流侧电压控制方法，所述方法基于权利要求1-3任一项的柔性直流换流器定交流侧电压控制系统实施，其特征在于，包括：

将正序电压外环控制环节的正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，使得得到的电流内环d轴和q轴参考值作为负序电流内环控制环节的输入；

去掉交流侧电压控制系统中的电压前馈模块的滤波环节，使得所述交流侧电压控制系统中的电压前馈均采用瞬时电压值前馈。

5.根据权利要求4所述的柔性直流换流器定交流侧电压控制方法，其特征在于，所述将正序电压外环控制环节的正序交流侧dq轴电压实际值分别改为对应的正序交流侧电压dq轴总电压，使得得到的电流内环d轴和q轴参考值作为负序电流内环控制环节的输入，之后换流器正负序阻抗为：

式中，L为换流器交流侧等效电感，G_d为系统调制与链路延时传递函数，G_AC为电流外环PI控制器传递函数，G_i为电流内环PI控制器传递函数，G⁺、G^-代表不同的频率偏移，其中G⁺＝G(s-jω₁)、G^-＝G(s+jω₁)，ω₁为基波角频率；G_sd为1/4工频周期延时滤波环节传递函数；K_d为电流内环解耦系数；G_sv、G_si分别为电压采样和电流采样环节传递函数；G_fv为电压前馈低通滤波器。

6.根据权利要求5所述的柔性直流换流器定交流侧电压控制方法，其特征在于，所述去掉交流侧电压控制系统中的电压前馈模块的滤波环节，使得所述交流侧电压控制系统中的电压前馈均采用瞬时电压值前馈，之后换流器正负序阻抗为：

7.根据权利要求4所述的柔性直流换流器定交流侧电压控制方法，其特征在于，在所述去掉交流侧电压控制系统中的电压前馈模块的滤波环节，使得所述交流侧电压控制系统中的电压前馈均采用瞬时电压值前馈，之后还包括：

将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1。

8.根据权利要求4所述的柔性直流换流器定交流侧电压控制方法，其特征在于，所述将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1，则换流器正负序阻抗表达式变型为：

式中，L为换流器交流侧等效电感，G_d为系统调制与链路延时传递函数，G_AC为电流外环PI控制器传递函数，G_i为电流内环PI控制器传递函数，G⁺、G^-代表不同的频率偏移，其中G⁺＝G(s-jω₁)、G^-＝G(s+jω₁)，ω₁为基波角频率；G_sd为1/4工频周期延时滤波环节传递函数；K_d为电流内环解耦系数；G_si为电压采样和电流采样环节传递函数。

9.根据权利要求8所述的柔性直流换流器定交流侧电压控制方法，其特征在于，在所述将电压外环控制环节中的PI控制器比例系数与电流内环控制环节中的PI控制器比例系数的乘积设置为1，之后还包括：

将所述电流内环控制环节中的PI控制器比例系数设置为0.3～0.8。

10.根据权利要求9所述的柔性直流换流器定交流侧电压控制方法，其特征在于，所述将所述电流内环控制环节中的PI控制器比例系数设置为0.3～0.8，则所述换流器正负序阻抗表达式变型为：

式中，T表示工频周期。

Images