CN113965099B - 一种柔性直流换流器的直流侧电流谐波抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种柔性直流换流器的直流侧电流谐波抑制方法，包括：步骤1：采集换流器直流侧的正极电流Idp、负极电流Idn，提取正负极电流中的共模分量Idp‑Idn；步骤2：将共模分量Idp‑Idn作为中高通滤波器的输入，高通滤波器的输出为直流电流中含有的脉动特征频率抑制分量Vhf，将稳态直流调制分量的标幺值常数1.0p.u.减去Vhf作为换流器的直流共模控制分量Vdcref；步骤3：将Vdcref与交流控制分量Vref相加或相减得到受端换流器上下桥臂的调制电压。在常规柔性直流输电换流器直流侧极间电压控制基础上加入直流电流谐波控制环节，通过控制换流器上下调制电压共模分量，减小直流侧电流谐波，从而减小桥臂电流谐波和交流侧电流谐波。

Description

一种柔性直流换流器的直流侧电流谐波抑制方法

技术领域

本发明涉及柔性直流输电控制技术领域，特别涉及一种柔性直流换流器的直流侧电流谐波抑制方法。

背景技术

柔性直流输电具有可同时独立调节有功和无功、不存在换相失败问题、可向无源系统供电、谐波水平低等优点，是电力电子变换器领域的研究热点和发展方向。近年来随着大规模海上风电的发展，轻量化和低成本柔性直流输电系统成为研究热点，在这样的背景下，送端采用二极管阀，受端采用柔性直流输电换流阀的混合直流输电系统受到了较大关注。这种方式送端换流阀采用12脉动或者6脉动二极管阀或晶闸管阀，受端采用MMC拓扑的或者其他拓扑的柔性直流换流器。但二极管阀直流侧谐波电压较大，需要配置大容量直流滤波器，增加占地和设备成本。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明提出一种柔性直流换流器的直流侧电流谐波抑制方法，通过控制换流器上下桥臂调制电压共模分量，减小直流侧电流谐波，从而减小桥臂电流谐波和交流侧电流谐波。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种柔性直流换流器的直流侧电流谐波抑制方法，在常规柔性直流输电换流器直流侧极间电压控制基础上加入直流电流谐波控制环节。

所述的方法包括如下步骤：

步骤1：采集换流器直流侧的正极电流Idp、负极电流Idn，提取正负极电流中的共模分量Idp-Idn；

步骤2：将步骤1中提取的正负极电流中的共模分量Idp-Idn作为中高通滤波器G(S)的输入，高通滤波器G(S)的输出为直流电流中含有的脉动特征频率抑制分量Vhf，将直流电流中的脉动频率分量的抑制分量Vhf作为负反馈分量，将稳态直流调制分量的标幺值常数1.0p.u.减去Vhf作为换流器的直流共模控制分量Vdcref；

步骤3：将经过附加谐波电流抑制的直流共模控制分量Vdcref与交流控制分量Vref相减得到受端换流器上桥臂的调制电压，将经过附加谐波电流抑制的直流共模控制分量Vdcref与交流分量Vref相加得到受端换流器下桥臂的调制电压。

进一步地，所述的步骤2中，高通滤波器G(S)的特征对输入信号低频范围内的分量进行抑制，对中高频范围内的分量进行导通，其传递函数G(S)为：

其中可调节的系数为：G为滤波器比例系数、ζ为阻尼系数、ωc为特征频率，可以通过调节ωc调整频率响应范围。

进一步地，所述的步骤3中，交流控制分量Vref由以下的方法得出：

所述的换流器交流侧的控制采用DQ解耦的电流PI调节控制，d轴电流Id和q轴电流Iq经PI调节控制且补偿换流器电抗上的压降后，分别加上d轴前馈电压Ud、q轴前馈电压Uq，再经dq-ABC坐标变换生成交流控制分量Vref，ABC三相的控制分量分别为Varef、Vbref、Vcref。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明步骤2中描述的控制环节在常规柔性直流输电控制系统中是不存在的，常规MMC直流输电系统控制调制波中上下桥臂调制电压的共模分量只有直流电压调制分量1.0p.u.，即保证一相中有一半子模块处于投入状态，本发明的控制方法打破这一规则；

本发明能够抑制直流侧谐波电流，尤其是送端为二极管或晶闸管整流型式的变流器直流输电，减小受端换流器的桥臂电流谐波，减小换流阀上因高频谐波导致的波形畸变和热应力不均衡。能够减少受端换流器输出交流电压谐波，提高受端电能质量。同时也能够避免因谐波导致的小电流下直流侧电流的断续问题，维持系统稳定。本发明也可以抑制常规的两端全控型柔性直流输电系统的直流侧电流谐振问题。

附图说明

图1是送端为二极管或晶闸管整流型式的变流器直流输电示意图；

图2是本发明的采用直流侧电流谐波抑制方法的换流器控制策略图；

图3是本发明的换流器交流侧的控制采用的DQ解耦的电流PI调节控制策略图；

图4是本发明的采用直流侧电流谐波抑制方法前后系统应力变化图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

本发明提供柔性直流换流器的直流侧电流谐波抑制方法本质上是增加附加的直流侧电流谐波附加控制环节。本发明的控制方法通过附加控制，在常规稳态控制基础上，叠加特征谐波抑制。通过控制换流器上下桥臂调制电压共模分量，在直流侧极间电压上叠加交流谐波特征分量，主动在直流侧产生和送端幅值和频率一致的谐波电压抑制谐波电流，从而减小桥臂电流谐波和交流侧电流谐波。

本发明提供一种柔性直流换流器的直流侧电流谐波抑制方法，包括以下步骤：

步骤1：采集直流正极Idp、负极电流Idn，柔性直流换流器系统中正负极电流都是流出换流器为正，如图1所示，提取正负极电流中的共模分量Idp-Idn。

步骤2：如图2所示，将步骤1中提取的提取正负极电流中的共模分量Idp-Idn作为中高通滤波器G(S)的输入，G(S)的输出为直流电流中含有的脉动特征频率抑制分量Vhf，将稳态直流调制分量的标幺值常数1.0p.u.减去Vhf作为换流器的直流共模控制分量Vdcref。

步骤2中描述的控制环节在常规柔性直流输电控制系统中是不存在的，常规MMC直流输电系统控制调制波中上下桥臂调制电压的共模分量只有直流电压调制分量1.0p.u.，即保证一相中有一半子模块处于投入状态，本发明的控制方法打破了这一规则。

高通滤波器的传递函数G(s)如下：

该滤波器对输入信号低频范围内的分量进行抑制，对中高频范围内的分量进行导通。其中G为滤波器比例系数。ζ为阻尼系数，ωc为滤波器的特征频率，可以通过调节ωc调整低阻的频率范围，同时也调整高通的频率范围。

步骤3：如图2所示，将换流器的直流共模控制分量Vdcref与交流控制分量Varef、Vbref、Vcref相减或相加得到受端换流器上下桥臂的调制电压标幺值。调制电压标幺值乘以直流极间电压的一半转为有名值。以a相为例，直流调制分量Vdcref与交流分量Varef相减得到上桥臂调制电压VrefAU、直流调制分量Vdcref与交流分量Varef相加得到下桥臂调制电压VrefAD。桥臂调制电压乘以直流极间电压的一半转为有名值后进行电平逼近计算和排序算法生成触发脉冲。

如图3所示，交流控制分量Vref由以下的方法得出：

所述的换流器交流侧的控制采用DQ解耦的电流PI调节控制，d轴电流Id和q轴电流Iq经PI调节控制且补偿换流器电抗上的压降后，分别加上d轴前馈电压Ud、q轴前馈电压Uq，再经dq-ABC坐标变换生成交流控制分量Vref，ABC三相的控制分量分别为Varef、Vbref、Vcref。图3中的Idref和Iqref分别为d轴电流Id的PI调节设定值和q轴电流Iq的PI调节设定值。

本发明在PSCAD/EMTDC平台上搭建送端6脉动低频二极管整流阀+受端MMC换流阀的柔性直流输电系统仿真模型进行验证，该模型中的主回路参数仅为验证本发明所述方法的正确性。仿真关键参数如表1所示。

表1仿真系统关键参数

仿真结果如图4所示，仿真中3.71s之前受端MMC换流器直流侧电流谐波抑制功能投入状态，直流电流中的谐波峰峰值不超过120A，3.71s后直流侧电流谐波抑制功能切出，直流电流中谐波峰峰值接近600A，谐波抑制功能退出后受谐波影响桥臂电流畸变较为严重。直流电流谐波抑制的效果非常明显。谐波抑制投入后由于调制命令中加入谐波共模抑制分量直流母线电压波动增大，需要预留调制裕量。

综上所述，可以通过在直流共模分量中附加特定频率范围的抑制控制来实现对直流谐波电流的抑制，鉴于通常直流谐波范围较大，可根据实际情况整定特征频率和阻尼比等参数，或者叠加多个针对不同频段的滤波器对直流电流进行抑制，都在本专利的保护范围。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (2)

1.一种柔性直流换流器的直流侧电流谐波抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：采集换流器的直流侧的正极电流Idp、负极电流Idn，提取正、负极电流中的共模分量Idp-Idn；

步骤2：将步骤1中提取的正、负极电流中的共模分量Idp-Idn作为中高通滤波器的输入信号，中高通滤波器的输出信号为直流电流中含有的脉动特征频率抑制分量Vhf，将直流电流中的脉动特征频率抑制分量Vhf作为负反馈分量，将稳态直流调制分量的标幺值常数1.0p.u.减去脉动特征频率抑制分量Vhf作为换流器的直流共模控制分量Vdcref；

步骤3：将经过附加谐波电流抑制的直流共模控制分量Vdcref与交流控制分量Vref相减得到换流器上桥臂的调制电压，将经过附加谐波电流抑制的直流共模控制分量Vdcref与交流控制分量Vref相加得到换流器下桥臂的调制电压；

所述的步骤2中，中高通滤波器对输入信号低频范围内的分量进行抑制，对中高频范围内的分量进行导通，其传递函数G(S)为：

其中可调节的系数为：G为滤波器比例系数、ζ为阻尼系数、ωc为特征频率，通过调节ωc调整频率响应范围。

2.根据权利要求1所述的一种柔性直流换流器的直流侧电流谐波抑制方法，其特征在于，所述的步骤3中，交流控制分量Vref由以下的方法得出：

所述的换流器的交流侧的控制采用DQ解耦的电流PI调节控制，d轴电流Id和q轴电流Iq经电流PI调节控制且补偿换流器电抗上的压降后，分别加上d轴前馈电压Ud、q轴前馈电压Uq，再经dq-ABC坐标变换生成交流控制分量Vref，ABC三相的交流控制分量分别为Varef、Vbref、Vcref。