CN115700957A - 换流器的控制方法和控制系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种换流器的控制方法和控制系统，应用于柔性直流输电系统，柔性直流输电系统包括一个或多个电压源型换流器，控制方法包括确定换流器内电势、相位、交流电压、换流器网侧电流、阻抗定值和换流器的电流限制值；根据内电势、所述相位、阻抗定值、换流器网侧电流，计算换流器连接母线的电压参考值；根据连接母线的电压参考值和交流电压的误差，计算电流指令参考值；根据电流指令参考值，控制换流器的电流跟随电流指令参考值；控制方法还包括过流限制环节，当换流器处于指令限流模式时，根据交流电压Us，内电势E和相位θ，换流器的电流限制值Imax，根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的所述电流指令参考值，并作为电流指令参考值。

Description

换流器的控制方法和控制系统
技术领域
本申请涉及电力系统柔性直流输电系统领域，具体而言，涉及一种换流器的控制方法和控制系统。
背景技术
随着新能源发电量、占比、利用水平持续提升，新能源等非同步机电源将会在电网中占非常高的比重，导致电力系统的运行特性发生本质变化。
随着新能源发电渗透率的提高，电力电子变流器的低惯性、无阻尼等特点将对系统的稳定运行产生负面影响，对电网的稳定运行带来了挑战。目前，我国的电力系统尚不能支撑大规模新能源电源的接入。
在以新能源电源为主体的新型电力系统中，由于同步机占比减小，同步机的惯性不足以保证整个电网中所有同步机电源与非同步机电源之间的同频率及存在的功率稳定性问题。
柔性直流输电技术具备控制灵活，可控范围大的优点，能够实现有效地实现大范围新能源并网，保证新能源高效汇集，灵活传递。
目前，柔性直流对换流器的控制主要分为两类：电网跟踪型控制、电网构造型控制。电网跟踪型换流器电源的外部特性表现为电流源特性，典型代表有传统电网换相换流器、双馈感应发电机以及采用直接电流控制的电压源型换流器。电网构造型控制为电压源特性，典型代表是采用幅相控制(或称间接电流控制)或功率同步控制(包括虚拟同步机控制等)的电压源换流器。电网构造型控制借鉴传统同步发电机的运行原理，改善变流器的输出特性，比较典型的是虚拟同步发电机(VSG，virtual synchronous generator)技术。
由于柔性直流输电技术的换流器故障过流能力较弱，当电网发生故障时，为了避免短路电流烧毁开关器件，不管是电网跟踪型控制还是电网构造型控制均需要进行限流控制。
目前，常规的过流限制方式包括三类：dq轴电流等比例限制、d轴电流优先限制和q轴电流优先限制。采用上述限流方案时换流器将变为电流源，将失去模拟同步机的特性能力。实现换流器在稳态和故障情况下均保持类似同步机的电压源特性是柔性直流接入新能源为主体的新型电力系统需要解决的难题之一。
发明内容
本申请提供了一种换流器的控制方法和控制系统，避免了传统的限流方法使换流器进入电流源控制特性的不足的问题。
根据本申请的一方面，提出一种换流器的控制方法，所述控制方法应用于柔性直流输电系统，所述柔性直流输电系统包括一个或多个电压源型换流器，所述控制方法包括步骤1，确定所述换流器内电势E、相位θ、交流电压Us、换流器网侧电流Is、阻抗定值XLset和所述换流器的电流限制值Imaxs,；步骤2，根据所述内电势E、所述相位θ、所述阻抗定值XLset、所述换流器网侧电流Is，计算所述换流器连接母线的电压参考值Usref；步骤3，根据连接母线的所述电压参考值Usref和所述交流电压Us的误差，计算电流指令参考值Isref；步骤4，根据所述电流指令参考值Isref，控制所述换流器的电流跟随所述电流指令参考值Isref；所述控制方法还包括过流限制环节，当所述换流器处于指令限流模式时，根据所述交流电压Us，所述内电势E和所述相位θ，所述换流器的所述电流限制值Imax，根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的所述电流指令参考值，并作为上述步骤3的所述电流指令参考值Isref。
根据一些实施例，所述换流器内电势E的幅值取值为0至2，所述相位θ模拟同步发电机的转子运动方程：
Figure BDA0003182185670000021
其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯量，D为虚拟阻尼因子，ω为模拟发电机的转子角频率，ω0为系统额定转子角频率。
根据一些实施例，所述电压参考值Usref包含正序d轴分量Usrefdp、正序q轴分量Usrefqp、负序d轴分量Usrefdn和负序q轴分量Usrefqn，且满足：
Usrefdp+jUsrefqp＝E-jXLset(Isdp+jIsqp)
Usrefdn+jUsrefqn＝jXLset(Isdn+jIsqn)
其中，Isdp为所述换流器网侧电流Is正序d轴分量，Isqp为所述换流器网侧电流Is正序q轴分量，Isdn为所述换流器网侧电流Is负序d轴分量，Isqn为所述换流器网侧电流Is负序q轴分量。根据一些实施例，所述控制方法还包括：当所述步骤3计算的所述电流指令参考值Isref的幅值大于所述电流限制值Imax时，或者实际电流大于所述电流指令参考值Isref时，所述换流器处于指令限流模式。
根据一些实施例，所述根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的所述电流指令参考值，包括将所述交流电压Us，根据所述相位θ进行Park变换，计算所述交流电压Us的正序d轴分量Usdp、所述交流电压Us的正序q轴分量Usqp、所述交流电压Us的负序d轴分量Usdn、所述交流电压Us的负序q轴分量Usqn；根据所述电流限制值Imax计算指令电流模式的限流阻抗XL；根据所述正序电压源串联电感特性计算指令限制后的所述电流指令参考值Isref，所述电流指令参考值Isref包括电流正序d轴参考值Isrefdp、电流正序q轴参考值Isrefqp、电流负序d轴参考值Isrefdn、电流负序q轴参考值Isrefqn。
根据一些实施例，当所述换流器处于指令限制模式时，所述阻抗定值XLset取值为所述限流阻抗XL；否则，所述阻抗定值XLset取值为0至5。
根据一些实施例，所述根据所述连接母线的所述电压参考值Usref和所述交流电压Us的误差，计算电流指令参考值Isref，包括所述步骤3采用PI控制器，输入为连接母线的所述电压参考值Usref和所述交流电压Us的误差，输出为所述电流指令参考值Isref，且当所述换流器处于所述指令限流模式时，所述电流指令参考值Isref取值为所述过流限制环节输出的所述电流指令参考值。
根据本申请的一方面，提出一种换流器的控制方法，所述控制方法应用于柔性直流输电系统，所述柔性直流输电系统包括一个或多个电压源型换流器，所述控制方法包括确定换流器内电势E和相位θ，交流电压Us、换流器网侧电流Is、阻抗定值XLset和所述换流器的电流限制值Imaxs；根据所述交流电压Us，所述内电势E和所述相位θ，所述电流限制值Imax，并根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的电流指令参考值Isref；根据所述电流指令参考值Isref，控制所述换流器的电流跟随所述电流指令参考值Isref。
根据一些实施例，所述换流器内电势E的幅值取值为0至2，所述相位θ模拟同步发电机的转子运动方程：
Figure BDA0003182185670000041
其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯量，D为虚拟阻尼因子，ω为模拟发电机的转子角频率，ω0为系统额定转子角频率。
根据一些实施例，所述根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的所述电流指令参考值Isref，包括将所述交流电压Us，根据所述相位θ进行Park变换，计算所述交流电压Us的正序d轴分量Usdp、所述交流电压Us的正序q轴分量Usqp、所述交流电压Us的负序d轴分量Usdn、所述交流电压Us的负序q轴分量Usqn；根据所述电流限制值Imax计算指令电流模式的限流阻抗XL；根据所述正序电压源串联电感特性计算指令限制后的所述电流指令参考值Isref，所述电流指令参考值Isref包括电流正序d轴参考值Isrefdp、电流正序q轴参考值Isrefqp、电流负序d轴参考值Isrefdn、电流负序q轴参考值Isrefqn。
根据本申请的一方面，提出一种换流器的控制系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前所述的控制方法。
根据本申请的一方面，提出根据本申请的一方面，提出一种换流器的控制系统，所述控制系统包括内电势产生模块、参考电压产生模块、电压外环模块、电流内环模块和过流限制模块，其中：所述获取系统参数模块，用于获取内电势E和相位θ、阻抗定值XLset，交流电压Us、换流器网侧电流Is、阻抗定值XLset和电流限制值Imaxs，所述内电势E的幅值的取值为0至2，所述相位θ模拟同步发电机的转子运动方程；所述参考电压产生模块，用于根据所述内电势E、所述相位θ、所述阻抗定值XLset、所述换流器网侧电流Is，计算所述换流器连接母线的电压参考值Usref；所述电压外环模块，用于根据连接母线的所述电压参考值Usref和采集的所述交流电压Us的误差，计算电流指令参考值Isref；所述电流内环模块，根据所述电流指令参考值Isref，控制该换流器的电流跟随所述电流指令参考值Isref；所述过流限制模块，用于当所述换流器的电流指令参考值Isref大于所述电流限制值Imaxs或实际电流大于换流器电流限制值Imax时，根据采集的所述交流电压Us，所述内电势E和所述相位θ，所述换流器电流限制值Imax，并根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的所述电流指令参考值Isref，所述电流指令参考值Isref作为所述电流内环模块的输入。
根据本申请的一些示例实施例，提供了一种根据正序电压源串联电感特性进行电流限制的全新限流方法，避免了传统的限流方法使换流器进入电流源控制特性的不足的问题。同时，根据本申请的一些实施例，提供的换流器的控制系统在稳态和暂态全过程中外特性为正序电压源串联受控电感特性，可在故障时向电网提供与同步发电机一致的惯性支撑。而且，在交流系统故障时，可以向故障点注入容性无功电流，有利于提高保护动作灵敏性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1示出根据本申请示例实施例的一种换流器的控制系统的各模块关系示意图。
图2示出根据本申请示例实施例的一种换流器的控制方法流程图。
图3示出根据本申请示例实施例的一种换流器内电势相位θ的产生框图。
图4示出根据本申请示例实施例的一种换流器的控制方法流程图。
图5示出根据本申请示例实施例的一种换流器的控制系统框图。
图6示出根据本申请实施例的一种换流器控制系统。
图7示出根据本申请实施例的一种换流器控制方法实现换流器控制的等效电路图
图8示出根据本申请实施例的换流器控制方法故障穿越效果。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或操作等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
下面将参照附图，对根据本申请的具体实施例进行详细说明。
图1示出根据本申请示例实施例的一种换流器的控制系统的各模块关系示意图。
下面参照图1，对根据本申请示例实施例的一种换流器的控制系统的各模块关系进行详细说明。
图1示出根据本申请示例实施例的一种换流器的控制系统包括内电势产生模块1、参考电压产生模块2、电压外环模块3、电流内环模块4和过流限制模块5。
图1中采用的udqpn分别表示交流电压US的正序d轴分量Usdp、正序q轴分量Usqp、负序d轴分量Usdn、负序q轴分量Usqn的向量形式，idqpn表示分别表示换流器网侧电流Is的正序d轴分量Isdp、正序q轴分量Isqp、负序d轴分量Isdn、负序q轴分量Isqn的向量形式，即：
Figure BDA0003182185670000071
在公式(1)中采集换流器三相网侧电压us，经过序分解以及park(abc/dq)变换后得到交流电压正序d轴分量Usdp、交流电压正序q轴分量Usqp、交流电压负序d轴分量Usdn、交流电压负序q轴分量Usqn。相同地，采集换流器三相网侧电is，经过序分解以及park(abc/dq)变换后得到交流电流正序d轴分量Isdp、交流电流正序q轴分量Isqp、交流电流负序d轴分量Isdn、交流电流负序q轴分量Isqn。
内电势产生模块1的内电势的幅值E的取值为0至2，较优地可选择为1，也可根据端口电压或无功功率根据下垂特性等确定的函数关系进行计算。
相位θ模拟同步发电机的转子运动方程，如公式(2)所示。
Figure BDA0003182185670000072
其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯量，D为虚拟阻尼因子，ω为模拟发电机的转子角频率，ω0为系统额定转子角频率。
过流限制模块5用于当换流器处于指令限流模式时计算电流指令参考值。
过流限制模块5的输入为内电势E、换流器电流限制值Imax、交流电压udqpn。根据电路原理可计算得到满足小于换流器电流限制值Imax的限流阻抗XL。随后根据正序电压源串联电感特性由内电势E、交流电压udqpn和限流阻抗XL可计算指令限制后的电流指令参考值
Figure BDA0003182185670000073
当换流器处于指令限流模式时，阻抗定值XLset为限流阻抗XL，在非指令限流模式时，XLset等于根据系统研究确定的定值XL0。定值XL0的取值范围为0pu至5pu。例如，阻抗定值XLset取值0.1pu。
参考电压产生模块2用于计算换流器连接母线的电压参考值
Figure BDA0003182185670000081
参考电压产生模块2的输入为内电势E、阻抗定值XLset以及电流采样idqpn，根据公式(3)计算满足正序电压源串联电感特性的环流器连接母线的电压参考值
Figure BDA0003182185670000082
Figure BDA0003182185670000083
为四维向量，且与udqpn对应。
电压外环模块3用于计算换流器在非指令限流模式下的电流指令参考值。
电压外环模块3根据
Figure BDA0003182185670000084
与udqpn的偏差产生非限流情况下满足正序电压源串联电感特性的电流指令参考值
Figure BDA0003182185670000085
电压外环模块3可采用PI控制器。
根据换流器是否处于指令限流模式，确定最终的电流指令参考值。也即，当换流器处于指令限流模式时，电流指令参考值
Figure BDA0003182185670000086
为过流限制模块2输出的
Figure BDA0003182185670000087
当换流器处于非指令限流模式时，电流指令参考值为电压外环模块3输出的
Figure BDA0003182185670000088
同时，当处于指令限流模式时，还需采用
Figure BDA0003182185670000089
进行控制器限幅。
电流内环模块5用于得到电压参考指令。
电流内环模块5根据电流控制指令
Figure BDA00031821856700000810
与采样电流idqpn的偏差得到参考电压指令。
最后，采用PI控制器，对电流内环模块5的输出的参考电压指令经过反Park(dq/abc)变换得到三相参考电压指令UCabc，UCabc发送至后续的换流阀控制环节实现换流器控制。
图2示出根据本申请示例实施例的一种换流器的控制方法流程图。下面将参照图2，对根据本申请示例实施例的一种换流器的控制方法进行说明。
根据本申请一些实施例，图2所示的控制方法应用于柔性直流输电系统，柔性直流输电系统包括一个或多个电压源型换流器。
在步骤S201，确定所述换流器内电势E、相位θ、交流电压Us、换流器网侧电流Is、阻抗定值XLset和所述换流器的电流限制值Imaxs。
根据本申请的一些实施例，换流器内电势E的取值范围为0至2。例如，换流器内电势E的取值为1。根据一些实施例，也可增加类似同步机的励磁或无功调节策略调整E的大小。
根据本申请的一些实施例，相位θ模拟同步发电机的转子运动方程。模拟同步发电机的转子运动方程如公式(2)所示。
根据本申请的一些实施例，阻抗定值XLset取值范围为0pu至5pu。例如，阻抗定值XLset取值0.1pu。
图3示出根据本申请示例实施例的的一种换流器内电势相位θ的产生框图。输入Pm为机械功率，对于换流器等效为有功功率指令值，Pe为电磁功率为通过采集换流器端口电压和电流计算的有功功率至，J为虚拟惯量，D为虚拟阻尼因子，θ为换流器内电势相位，ω为模拟发电机的转子角频率，ω0为系统额定转子角频率。虚拟惯量J和虚拟阻尼因子D根据系统研究确定。
在步骤S203，根据所述内电势E、所述相位θ、所述阻抗定值XLset、所述换流器网侧电流Is，计算所述换流器连接母线的电压参考值Usref。
根据本申请的一些实施例，电压参考值Usref包含正序d轴分量Usrefdp、正序q轴分量Usrefqp、负序d轴分量Usrefdn和负序q轴分量Usrefqn，且满足公式(3)。
Figure BDA0003182185670000091
其中，Isdp为换流器网侧电流Is正序d轴分量，Isqp为换流器网侧电流Is正序q轴分量，Isdn为换流器网侧电流Is负序d轴分量，Isqn为换流器网侧电流Is负序q轴分量。
在步骤S205，根据连接母线的电压参考值Usref和交流电压Us的误差，计算电流指令参考值Isref。
根据一些实施例，电流指令参考值Isref包括电流正序d轴参考值Isrefdp、电流正序q轴参考值Isrefqp、电流负序d轴参考值Isrefdn、电流负序q轴参考值Isrefqn。
根据本申请的一些实施例，当换流器处于非指令限流模式时，电流指令参考值Isref采用PI控制器，根据连接母线的电压参考值Usref和交流电压Us的误差得到。
根据本申请的一些实施例，当换流器处于指令限流模式时，首先计算实现电流限制的限流电抗XL。根据所述正序电压源串联电感特性计算指令限制后的所述电流指令参考值Isref。
根据一些实施例，当换流器处于指令限流模式时，将所述交流电压Us，根据所述相位θ进行Park变换，计算所述交流电压Us的正序d轴分量Usdp、所述交流电压Us的正序q轴分量Usqp、所述交流电压Us的负序d轴分量Usdn、所述交流电压Us的负序q轴分量Usqn。根据交流电压Us和内电势E的向量差计算限流电抗XL的电压向量，然后根据电压向量的模与换流器的电流限制值Imaxs相除得到限流电抗XL。
根据一些实施例，当换流器处于指令限流模式时，根据限流电抗XL的电压向量和限流电抗XL，根据所述正序电压源串联电感特性计算限流电抗上的电流向量，作为电流指令参考值Isref。
根据一些实施例，当计算的电流指令参考值Isref的幅度值大于换流器的电流指令参考值Isref时，如公式(4)所示，则判定换流器处于指令限流模式。
Figure BDA0003182185670000101
其中，Isrefdp为电流指令参考值Isref的电流正序d轴参考值、Isrefqp为电流指令参考值Isref的电流正序q轴参考值、Isrefdn为电流指令参考值Isref的电流负序d轴参考值、Isrefqn为电流指令参考值Isref的电流负序q轴参考值。
根据一些实施例，当计算的限流电抗XL大于阻抗定值XLset时，则判定换流器处于指令限流模式。
在步骤S207，根据电流指令参考值Isref，控制换流器的电流跟随电流指令参考值Isref。
根据本申请的一些实施例，利用电流指令参考值Isref和网侧电流Is得到参考电压指令。例如，采用PI控制器，利用电流指令参考值Isref和网侧电流Is得到参考电压指令。
根据一些实施例，对参考电压指令进行反Park(dq/abc)变换得到三相参考电压指令UCabc，UCabc发送至后续的换流阀控制环节实现换流器控制。
根据本申请的一些实施例，通过提供一种根据正序电压源串联电感特性进行电流限制的限流方法，避免了传统的限流方法使换流器进入电流源出现控制特性的不足的问题。另外，根据本申请的一些实施例，可以在稳态和暂态全过程中外特性为正序电压源串联受控电感特性，可在故障时向电网提供与同步发点机一致的惯性支撑。
图4示出根据本申请示例实施例的一种换流器的控制方法流程图。下面参照图4，对根据本申请示例实施例的一种换流器的控制方法进行详细说明。
在步骤S401，确定换流器内电势E和相位θ，交流电压Us、换流器网侧电流Is、阻抗定值XLset和换流器的电流限制值Imaxs。
根据本申请的一些实施例，换流器内电势E的取值范围为0至2，。例如，换流器内电势E的取值为1。根据一些实施例，也可增加类似同步机的励磁或无功调节策略调整E的大小。
根据本申请的一些实施例，相位θ模拟同步发电机的转子运动方程。模拟同步发电机的转子运动方程如公式(2)所示。
根据本申请的一些实施例，阻抗定值XLset取值范围为0pu至5pu。例如，阻抗定值XLset取值0.1pu。
在步骤S403，根据交流电压Us，内电势E和相位θ，电流限制值Imax，并根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的电流指令参考值Isref。
根据本申请的一些实施例，将交流电压Us，根据相位θ进行Park变换，计算交流电压Us的正序d轴分量Usdp、交流电压Us的正序q轴分量Usqp、交流电压Us的负序d轴分量Usdn和交流电压Us的负序q轴分量Usqn。
根据一些实施例，根据电流限制值Imax计算指令电流模式的限流阻抗XL。例如，根据交流电压Us和内电势E的向量差计算限流电抗的电压向量UL，然后根据UL的模与换流器电流限制值Imax相除得到限流阻抗XL。
根据一些实施例，根据正序电压源串联电感特性计算指令限制后的所述电流指令参考值Isref。电流指令参考值Isref包括电流正序d轴参考值Isrefdp、电流正序q轴参考值Isrefqp、电流负序d轴参考值Isrefdn、电流负序q轴参考值Isrefqn。例如，根据限流电抗的电压向量UL以及限流阻抗XL，计算限流电抗XL上的电流向量，并作为电流指令参考值Isref，包括电流正序d轴参考值Isrefdp、电流正序q轴参考值Isrefqp、电流负序d轴参考值Isrefdn、电流负序q轴参考值Isrefqn。
在S405，根据电流指令参考值Isref，控制换流器的电流跟随电流指令参考值Isref。
根据本申请的一些实施例，利用电流指令参考值Isref和网侧电流Is得到参考电压指令。例如，采用PI控制器，利用电流指令参考值Isref和网侧电流Is得到参考电压指令。
根据一些实施例，对参考电压指令进行反Park(dq/abc)变换得到三相参考电压指令UCabc，UCabc发送至后续的换流阀控制环节实现换流器控制。
图5示出根据本申请示例实施例的一种换流器的控制系统框图。
下面参照图5，对根据本申请示例实施例的一种换流器的控制系统进行详细说明。
所述控制系统包括获取系统参数模块501、参考电压产生模块503、电压外环模块505、电流内环模块507和过流限制模块509，其中：
获取系统参数模块用于获取内电势E和相位θ、阻抗定值XLset，交流电压Us、换流器网侧电流Is、阻抗定值XLset和电流限制值Imaxs。
根据一些实施例，内电势E的幅值的取值为0至2，相位θ模拟同步发电机的转子运动方程。
参考电压产生模块，用于根据所述内电势E、所述相位θ、所述阻抗定值XLset、所述换流器网侧电流Is，计算所述换流器连接母线的电压参考值Usref；
电压外环模块用于根据连接母线的所述电压参考值Usref和采集的所述交流电压Us的误差，计算电流指令参考值Isref；
电流内环模块用于根据所述电流指令参考值Isref，控制该换流器的电流跟随所述电流指令参考值Isref；
过流限制模块用于当所述换流器的电流指令参考值Isref大于所述电流限制值Imaxs或实际电流大于换流器电流限制值Imax时，根据采集的所述交流电压Us，所述内电势E和所述相位θ，所述换流器电流限制值Imax，并根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的所述电流指令参考值Isref，所述电流指令参考值Isref作为所述电流内环模块的输入。
图6为根据本申请实施例的一种换流器控制系统。图6所示的控制系统包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序。图6中所示的处理器执行计算机程序时实现图2和图4所示的的控制逻辑，具体为步骤S201～S107以及步骤S401～S405。
图7示出根据本申请实施例的一种换流器控制方法实现换流器控制的等效电路图。其中，XREAL系统中实际存在的阻抗，XLset-XREAL通过前述换流器控制方法实现的阻抗，Eejθ为正序电压源。因此，通过采用前述换流器控制方法，换流器呈现正序电压源Eejθ串联电感XLset的特性。
图8示出根据本申请实施例的换流器控制方法故障穿越效果。其中，Usaref、Usbref、Uscref为根据公式(3)计算的三相连接母线的电压参考值，Usa、Usb、Usc为三相连接母线的采样电压。由图7可知，在3s时刻发生单相接地故障时，三相母线电压短暂偏离指令值，随后三相母线电压均能保持跟随指令值。因此，图7所示的换流器在短时失去电压源控制特性后能够快速回到电压源控制状态。
根据本申请提供的一些实施例，提出了一种根据正序电压源串联电感特性进行电流限制的全新限流方法，避免了传统的限流方法使换流器进入电流源出现控制特性的不足的问题。
根据本申请提供的一种换流器的控制系统，可以在稳态和暂态全过程中外特性为正序电压源串联受控电感特性，可在故障时向电网提供与同步发电机一致的惯性支撑。并可在故障时将向故障点注入容性无功电流，有利于提高保护动作灵敏性。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (12)

1.一种换流器的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于柔性直流输电系统，所述柔性直流输电系统包括一个或多个电压源型换流器，所述控制方法包括：
步骤1，确定所述换流器内电势E、相位θ、交流电压Us、换流器网侧电流Is、阻抗定值XLset和所述换流器的电流限制值Imax；
步骤2，根据所述内电势E、所述相位θ、所述阻抗定值XLset、所述换流器网侧电流Is，计算所述换流器连接母线的电压参考值Usref；
步骤3，根据所述连接母线的所述电压参考值Usref和所述交流电压Us的误差，计算电流指令参考值Isref；
步骤4，根据所述电流指令参考值Isref，控制所述换流器的电流跟随所述电流指令参考值Isref；
所述控制方法还包括过流限制环节，当所述换流器处于指令限流模式时，根据所述交流电压Us，所述内电势E和所述相位θ，所述换流器的所述电流限制值Imax，根据正序电压源串联电感特性计算所述指令限流模式的所述电流指令参考值，并作为所述步骤3的所述电流指令参考值Isref。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
所述换流器内电势E的幅值取值为0至2；
所述相位θ模拟同步发电机的转子运动方程：
Figure FDA0003182185660000011
其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯量，D为虚拟阻尼因子，ω为模拟发电机的转子角频率，ω0为系统额定转子角频率。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
所述电压参考值Usref包括正序d轴分量Usrefdp、正序q轴分量Usrefqp、负序d轴分量Usrefdn和负序q轴分量Usrefqn，且满足：
Usrefdp+jUsrefqp＝E-jXLset(Isdp+jIsqp)
Usrefdn+jUsrefqn＝jXLset(Isdn+jIsqn)
其中，Isdp为所述换流器网侧电流Is正序d轴分量，Isqp为所述换流器网侧电流Is正序q轴分量，Isdn为所述换流器网侧电流Is负序d轴分量，Isqn为所述换流器网侧电流Is负序q轴分量。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
当所述步骤3计算的所述电流指令参考值Isref的幅值大于所述电流限制值Imax时，或者实际电流大于所述电流指令参考值Isref时，所述换流器处于指令限流模式。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的所述电流指令参考值，包括：
将所述交流电压Us，根据所述相位θ进行Park变换，计算所述交流电压Us的正序d轴分量Usdp、所述交流电压Us的正序q轴分量Usqp、所述交流电压Us的负序d轴分量Usdn、所述交流电压Us的负序q轴分量Usqn；
根据所述电流限制值Imax计算指令电流模式的限流阻抗XL；
根据所述正序电压源串联电感特性计算指令限制后的所述电流指令参考值Isref，所述电流指令参考值Isref包括电流正序d轴参考值Isrefdp、电流正序q轴参考值Isrefqp、电流负序d轴参考值Isrefdn、电流负序q轴参考值Isrefqn。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：
当所述换流器处于所述指令限制模式时，所述阻抗定值XLset取值为所述限流阻抗XL；
否则，所述阻抗定值XLset取值为0至5。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述连接母线的所述电压参考值Usref和所述交流电压Us的误差，计算电流指令参考值Isref，包括：
所述步骤3采用PI控制器，输入为所述连接母线的所述电压参考值Usref和所述交流电压Us的误差，输出为所述电流指令参考值Isref，且当所述换流器处于所述指令限流模式时，所述电流指令参考值Isref取值为所述过流限制环节输出的所述电流指令参考值。
8.一种换流器的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于柔性直流输电系统，所述柔性直流输电系统包括一个或多个电压源型换流器，所述控制方法包括：
确定换流器内电势E和相位θ，交流电压Us、换流器网侧电流Is、阻抗定值XLset和所述换流器的电流限制值Imax；
根据所述交流电压Us，所述内电势E和所述相位θ，所述电流限制值Imax，并根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的电流指令参考值Isref；
根据所述电流指令参考值Isref，控制所述换流器的电流跟随所述电流指令参考值Isref。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：
所述换流器内电势E的幅值取值为0至2，所述相位θ模拟同步发电机的转子运动方程：
Figure FDA0003182185660000031
其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯量，D为虚拟阻尼因子，ω为模拟发电机的转子角频率，ω0为系统额定转子角频率。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的所述电流指令参考值Isref，包括：
将所述交流电压Us，根据所述相位θ进行Park变换，计算所述交流电压Us的正序d轴分量Usdp、所述交流电压Us的正序q轴分量Usqp、所述交流电压Us的负序d轴分量Usdn、所述交流电压Us的负序q轴分量Usqn；
根据所述电流限制值Imax计算指令电流模式的限流阻抗XL；
根据所述正序电压源串联电感特性计算指令限制后的所述电流指令参考值Isref，所述电流指令参考值Isref包括电流正序d轴参考值Isrefdp、电流正序q轴参考值Isrefqp、电流负序d轴参考值Isrefdn、电流负序q轴参考值Isrefqn。
11.一种换流器的控制系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至10任一项所述的控制方法。
12.一种换流器的控制系统，其特征在于：
所述控制系统包括获取系统参数模块、参考电压产生模块、电压外环模块、电流内环模块和过流限制模块，其中：
所述获取系统参数模块，用于获取内电势E和相位θ、阻抗定值XLset，交流电压Us、换流器网侧电流Is、阻抗定值XLset和电流限制值Imaxs，所述内电势E的幅值的取值为0至2，所述相位θ模拟同步发电机的转子运动方程；
所述参考电压产生模块，用于根据所述内电势E、所述相位θ、所述阻抗定值XLset、所述换流器网侧电流Is，计算所述换流器连接母线的电压参考值Usref；
所述电压外环模块，用于根据连接母线的所述电压参考值Usref和采集的所述交流电压Us的误差，计算电流指令参考值Isref；
所述电流内环模块，根据所述电流指令参考值Isref，控制该换流器的电流跟随所述电流指令参考值Isref；
所述过流限制模块，用于当所述换流器的电流指令参考值Isref大于所述电流限制值Imaxs或实际电流大于换流器电流限制值Imax时，根据采集的所述交流电压Us，所述内电势E和所述相位θ，所述换流器电流限制值Imax，并根据正序电压源串联电感特性计算指令限流模式的所述电流指令参考值Isref，所述电流指令参考值Isref作为所述电流内环模块的输入。
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