WO2014146461A1 - 一种直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法 - Google Patents
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- H02J1/02—Arrangements for reducing harmonics or ripples
Definitions
- the invention relates to the field of direct current transmission, and particularly relates to a method for realizing a forward slope control strategy of a direct current transmission system. Background technique
- the equivalent circuit of the DC transmission system is shown in Figure 1.
- the voltage and current at the outlet of the rectifier side smoothing reactor are often used to indicate the volt-ampere characteristics of the system.
- the rectifier side operates at constant current control
- the inverter side operates at a fixed minimum shut-off angle control.
- the rated operating point of the system is N points.
- the rectification side voltage is continuously decreasing
- the rectification side is running at a fixed minimum firing angle control
- the inverter side is running at a constant current control
- the transition between a fixed minimum cutoff angle control and a constant current control curve is close to the inverter.
- the minimum trigger angle control has an intersection with the inverter side constant current and the fixed minimum cut angle control.
- the selection of the control mode will be confused as shown in Fig. 2.
- Fig. 2 At this point, there is no stable operating point between the current regulators at both ends, and the DC current will oscillate back and forth between the two settings.
- a positive slope is often introduced between the constant current control and the regulation of the inverter, as shown in Fig. 3. Summary of the invention
- the object of the present invention is to provide a method for implementing a forward slope control strategy of a direct current transmission system, and the present invention proposes a minimum minimum turn-off angle control that must be set to nest the forward slope control in the system. Among them, the structure of the control strategy is simplified.
- a method for realizing a forward slope control strategy of a direct current transmission system comprising a rectifier power supply, a thyristor valve connected in series, a smoothing reactor L d , a line resistance R and a line inductance L, and a line pair Ground capacitance
- the method comprises the following steps:
- the volt-ampere characteristic at the outlet of the rectifier side smoothing reactor is expressed by the inverter side parameter:
- U d U d0i cos r -I d (d xi -R) 2; where: and ⁇ respectively represent the voltage and current at the exit of the rectifying side smoothing reactor; "representing the rectifying side firing angle; U d0r indicating the rectifying side ideal empty Load voltage; f indicates rectifier side ratio commutation voltage drop; ⁇ is the DC transmission system shutdown angle; H indicates the inverter side ideal no-load DC voltage; indicates the inverter side ratio commutation voltage drop; Small, the slope of the linear transformation is determined by the sum.
- the forward slope control is used to connect the inverter side constant current control and the fixed off angle control, and the intersection with the fixed off angle control is a rated working point, which is recorded as M/ ⁇ , U dN , the intersection with constant current control is recorded
- N1I M , U , N and N are on the same line, then any point on the line (/, expressed as: Where: ⁇ / and / ⁇ respectively indicate the rated voltage operating point and the rated current operating point for the fixed turn-off angle control;
- step C when the direct current transmission system is in the forward slope control, if the direct current transmission system fluctuates, the current increases by ⁇ / then the voltage at the outlet of the rectifier side smoothing reactor is t/ rf , and the direct current system at this time
- U Mi (cos r'-cos r ) AI d -(d xi -R + K) 10; where: indicates the turn-off angle when the DC power transmission system fluctuates.
- the cosine function is subjected to Taylor expansion near the rated operating point, and the linear relationship between the turn-off angle increment and the current increment is expressed as:
- Cosy cos ⁇ 0 - ⁇ ⁇ 0 -( ⁇ - ⁇ 0 ) + R /) 11;
- R m R m
- the nominal value of the rated direct current and the ideal side no-load DC voltage of the inverter side is used as the control object of the direct current transmission system, and the constraint function is arranged.
- the invention provides a method for realizing positive slope control, which solves the problem that there is no stable operating point between the current regulators at both ends, and the direct current will oscillate back and forth between two fixed values, so that the direct current transmission system can be stabilized. Run to avoid the impact of power fluctuations on the grid.
- the invention proposes to nest the forward slope control in the fixed minimum turn-off angle control which must be set in the system, which simplifies the structure of the control strategy.
- Figure 1 is an equivalent circuit of a DC transmission system
- Figure 2 is a schematic diagram showing the confusion of the selection of the control mode in the DC system
- FIG. 3 is a schematic diagram showing a characteristic of positive slope control between the constant current control and the fixed off angle of the inverter;
- FIG. 4 is a flow chart of a method for realizing the forward slope control strategy of the direct current transmission system provided by the present invention.
- the invention provides a method for implementing a forward slope control strategy for a conventional direct current transmission system.
- this method analyzes the realization principle that the system operating voltage and current appear as a positive slope straight line on the volt-ampere relationship curve, and establishes the functional relationship between the current deviation and the inverter side cut-off angle increment. It is proposed to nest the forward slope control in the fixed minimum turn-off angle control that must be set in the system.
- the DC transmission system adopting the forward slope control strategy of the DC transmission system includes a rectifier side power supply, a thyristor valve in series, a smoothing reactor L d , a line resistance R and a line inductance L, and a line-to-ground capacitance.
- C, the commutation voltage drop f and the flow chart of the method for implementing the forward slope control strategy of the direct current power transmission system provided by the present invention are as shown in FIG. 4, and specifically include the following steps:
- step A the constraint function of the direct current transmission system includes the volt-ampere characteristic at the outlet of the rectifier side smoothing reactor, which is expressed by the following expression:
- U d U d0i cos r - I d (d xi - R)
- ⁇ respectively represent the voltage and current at the outlet of the rectifier side smoothing reactor; "representing the rectification side firing angle; u d0r represents the ideal no-load voltage on the rectification side; f represents the rectification side than the commutation voltage drop; ⁇ is the DC transmission system Turn-off angle; u d0i fading shows the ideal no-load DC voltage on the inverter side; indicates the inverter side than the commutation voltage drop; linearly decreases with / ⁇ , the slope of the linear transformation is determined by the sum.
- step B the forward slope control is used to connect the inverter side constant current control and the fixed off angle control, and the intersection with the fixed off angle control is the rated working point, which is denoted as M/ ⁇ U dN ), and The intersection of current control is recorded as U d0 ), N and
- N is on the same line, then any point on the line (/, U is expressed as:
- ⁇ / and / ⁇ respectively indicate the rated voltage operating point and the rated current operating point of the fixed-off angle control; respectively, indicating the rated voltage operating point and the rated current operating point with the constant current control; between u d and U d0 , and the proportional relationship that often exists between I d and I d0 is:
- step C when the direct current transmission system is in the forward slope control, if the direct current transmission system fluctuates and the current increases by M d , the voltage at the outlet of the rectifier side smoothing reactor t / the off angle at this time is recorded as:
- step E the cosine function is subjected to Taylor expansion near the rated operating point.
- the linear function relationship between the turn-off angle increment and the current increment is expressed as:
- Cosy cos ⁇ 0 - ⁇ ⁇ 0 -( ⁇ - ⁇ 0 ) + R /) 11;
- R m R m
- step F in the direct current transmission control system, the nominal DC current ld and the target value of the ideal no-load DC voltage on the inverter side are used as the control object of the DC transmission system, and the constraint function is arranged to obtain the current variation target value and the turn-off angle.
- the implementation method of the forward slope control provided by the invention solves the problem that there is no stable operating point between the current regulators at both ends, and the direct current will oscillate back and forth between two fixed values, so that the direct current transmission system can stably operate. Avoid the impact of power fluctuations on the grid.
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Abstract
一种直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法，该方法采用的直流输电系统包括整流侧电源、依次串联的晶闸管阀、平波电抗器（Ld）、线路电阻（R）和线路电感（L）、线路对地电容（C）、比换相压降（dxr）和（dxi）；该方法包括以下步骤：A.确定直流输电系统的约束函数；B.建立正向斜率曲线伏安特性；C.计算电流偏差引起的电压波动；D.建立关断角与电流增量的关系；E.建立关断角增量与电流增量的线性函数关系；F.对约束函数进行归一化。该方法解决了两端电流调节器之间没有稳定的运行点，直流电流将在两个定值之间来回振荡的问题，使得直流输电系统可以稳定运行，避免功率波动对电网的冲击。
Description
一种直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法
技术领域
本发明涉及直流输电领域， 具体涉及一种直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法。 背景技术
直流输电系统等效电路如附图 1所示， 实际工程中， 往往采用整流侧平波电抗器出口处 电压电流表示系统伏安特性。 额定工况下， 整流侧运行于定电流控制， 逆变侧运行于定最小 关断角控制， 系统额定工作点位 N点。 由于某种原因， 整流侧电压不断下降， 整流侧运行于 定最小触发角控制， 逆变侧运行于定电流控制， 在接近于逆变器的定最小关断角控制和定电 流控制曲线的过渡部分的某些电压水平， 定最小触发角控制与逆变侧定电流和定最小关断角 控制均有交点， 控制方式的选择将发生混淆如图 2所示。 此时， 两端电流调节器之间没有稳 定的运行点， 直流电流将在两个定值之间来回振荡。 为了避免这一问题， 经常在逆变器的定 电流控制和定之间引入一个斜率为正的特性， 如图 3所示。 发明内容
针对现有技术的不足， 本发明的目的是提供一种直流输电系统正向斜率控制策略的实现 方法， 本发明提出了将正向斜率控制嵌套于系统中必须设置的定最小关断角控制之中， 简化 了控制策略的结构。
一种直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法， 所述方法采用的直流输电系统包括整 流侧电源、 依次串联的晶闸管阀、 平波电抗器 Ld、 线路电阻 R和线路电感 L， 线路对地电容
C， 比换相压降 和 ； 其改进之处在于， 所述方法包括下述步骤：
A、 确定直流输电系统的约束函数；
B、 建立正向斜率曲线伏安特性；
C、 计算电流偏差引起的电压波动；
D、 建立关断角与电流增量的关系；
E、 建立关断角增量与电流增量的线性函数关系；
F、 对约束函数进行归一化。
优选的， 所述步骤 A中， 直流输电系统的约束函数包括整流侧平波电抗器出口处伏安特 性， 用下述表达式表示：
U , =t/Jn cosor-/^ -d 所述整流侧平波电抗器出口处伏安特性用逆变侧参数表示为：
Ud =Ud0icosr-Id(dxi-R) ②； 其中： 和 ^分别表示整流侧平波电抗器出口处电压和电流；《表示整流侧触发角； Ud0r 表示整流侧理想空载电压； f表示整流侧比换相压降； ^为直流输电系统关断角； H示 逆变侧理想空载直流电压； 表示逆变侧比换相压降； 随 /^增大线性减小， 线性变换的 斜率由 和 决定。
优选的，所述步骤 B中，所述正向斜率控制用于连接逆变侧定电流控制和定关断角控制， 与定关断角控制的交点为额定工作点， 记作 M/^, UdN , 与定电流控制的交点记作
N1IM, U , N和 N在同一直线上， 则线上任意一点（/， 表示为：
其中： ί/ 和 /^分别表示与定关断角控制的额定电压工作点和额定电流工作点;
分别表示与定电流控制的额定电压工作点和额定电流工作点；
ud和 Ud0之间， 以及 Id和 Id0之间往往存在的比例关系为：
其中： 和 均为小于 1的比例系数； 由表达式③和表达式组④得:
U
简写为:
=Κ Ι, +Β
⑥; 其中： κ:
优选的， 所述步骤 C中， 当直流输电系统处于正向斜率控制时， 若直流输电系统发生波 动， 电流增加 Δ/ 则整流侧平波电抗器出口处电压 t/rf ， 此时的直流系统的关断角记作 :
由⑥式得^为
将⑧式代入⑦式得:
其中： κ=
1-k im fy, 所述步骤 D中， 所述关断角与电流增量的关系用下述表达式表示：
UMi (cos r'-cosr) = AId -(dxi-R + K) ⑩； 其中： 表示直流输电系统发生波动时的关断角。
优选的， 所述步骤 E中， 在额定运行点附近将余弦函数进行泰勒展开， 关断角增量与电 流增量的线性函数关系表示为：
cosy = cos χ0- ήη χ0-(γ-χ0) + R /) ⑪；
Rm )称为拉格朗日余项；
U d0i · (cos γ' - cos γ) « -U d0i · sin γα-{γ'-γ)
=Md -(dxi-R + K)
其中： K=
1-k 优选的， 所述步骤 F中， 在直流输电控制系统中， 采用额定直流电流 和逆变侧理想空 载直流电压 ''的标么值作为直流输电系统控制对象， 将约束函数整理得电流变化标么值与 关断角偏差之间的函数关系：
Αχ = λ·
id. -k)l„r+(l-£)U ,
电流增量引起的直流输电系统增加转化为关断角指令的增加， 将正向斜率控制嵌套于定 关断角控制之中。
与现有技术比， 本发明达到的有益效果是：
本发明提供了一种正向斜率控制的实现方法， 解决了两端电流调节器之间没有稳定的运 行点， 直流电流将在两个定值之间来回振荡的问题， 使得直流输电系统可以稳定运行， 避免 功率波动对电网的冲击。
本发明提出了将正向斜率控制嵌套于系统中必须设置的定最小关断角控制之中， 简化了 控制策略的结构。
附图说明
图 1是直流输电系统等效电路；
图 2是直流系统中控制方式的选择发生混淆的示意图；
图 3是逆变器的定电流控制和定关断角之间引入一个斜率为正的特性示意图； 图 4是本发明提供的直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供的一种常规直流输电系统用正向斜率控制策略实现方法。 该方法从常规直流 系统约束函数出发， 分析了系统运行电压电流在伏安关系曲线上呈现为正向斜率直线的实现 原理， 建立了电流偏差与逆变侧关断角增量之间的函数关系， 提出了将正向斜率控制嵌套于 系统中必须设置的定最小关断角控制之中。
本发明提供的直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法采用的直流输电系统包括整流 侧电源、依次串联的晶闸管阀、平波电抗器 Ld、 线路电阻 R和线路电感 L， 线路对地电容 C， 比换相压降 f和 ； 本发明提供的直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法的流程图如 图 4所示， 具体包括下述步骤：
A、 确定直流输电系统的约束函数；
步骤 A中， 直流输电系统的约束函数包括整流侧平波电抗器出口处伏安特性， 用下述表 达式表示：
Ud = Ud0r CO^ a - Id - d Xr ①；
所述整流侧平波电抗器出口处伏安特性用逆变侧参数表示为：
Ud = Ud0i cos r - Id (dxi - R)
其中： 和 ^分别表示整流侧平波电抗器出口处电压和电流；《表示整流侧触发角； ud0r 表示整流侧理想空载电压； f表示整流侧比换相压降； ^为直流输电系统关断角； ud0i衰示 逆变侧理想空载直流电压； 表示逆变侧比换相压降； 随 /^增大线性减小， 线性变换的 斜率由 和 决定。
B、 建立正向斜率曲线伏安特性；
步骤 B中， 所述正向斜率控制用于连接逆变侧定电流控制和定关断角控制， 与定关断角 控制的交点为额定工作点， 记作 M/^ UdN), 与定电流控制的交点记作 Ud0), N和
N在同一直线上， 则线上任意一点（/， U 表示为：
其中： ί/ 和 /^分别表示与定关断角控制的额定电压工作点和额定电流工作点; 分别表示与定电流控制的额定电压工作点和额定电流工作点； ud和 Ud0之间， 以及 Id和 Id0之间往往存在的比例关系为：
其中： 和 均为小于 1的比例系数； 由表达式③和表达式组④得:
U
简写为:
其中： K: B=\ 1- l-k l-k.
C、 计算电流偏差引起的电压波动；
步骤 C中， 当直流输电系统处于正向斜率控制时， 若直流输电系统发生波动， 电流增加 Md, 则整流侧平波电抗器出口处电压 t/ 此时的关断角记作 :
Ud'=Ud0icoSr'-(ld+AId)-(dxi-R)
⑦;
由⑥式得^为
将⑧式代入⑦式得:
其中： K=
D、 建立关断角与电流增量的关系；
所述关断角与电流增量的关系用下述表达式表示：
Ud0i (cos γ' - cos γ) = Md
E、 建立关断角增量与电流增量的线性函数关系；
步骤 E中， 在额定运行点附近将余弦函数进行泰勒展开， 关断角增量与电流增量的线性 函数关系表示为：
cosy = cos χ0- ήη χ0-(γ-χ0) + R /) ⑪；
Rm )称为拉格朗日余项；
U d0i · (cos γ' - cos γ) « -U d0i · sin γα-(γ'-γ)
=Md -(dxi-R + K)
其中： K=
F、 对约束函数进行归一化。
U
步骤 F中，在直流输电控制系统中，采用额定直流电流 ld和逆变侧理想空载直流电压 的标么值作为直流输电系统控制对象， 将约束函数整理得电流变化标么值与关断角偏差之间 的函数关系:
AR = -AIDT
(d.-R) -k)l,„+(l-£)U,
其中： Δ^表示关断角增量； R表示线路电阻； 表示额定关断角； 电流增量引起的直流输电系统增加转化为关断角指令的增加， 将正向斜率控制嵌套于定 关断角控制之中。
本发明提供的正向斜率控制的实现方法，解决了两端电流调节器之间没有稳定的运行点， 直流电流将在两个定值之间来回振荡的问题， 使得直流输电系统可以稳定运行， 避免功率波 动对电网的冲击。
最后应当说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制， 尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明， 所属领域的普通技术人员应当理解： 依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换， 而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换， 其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims
1、一种直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法， 所述方法采用的直流输电系统包括 整流侧电源、 依次串联的晶闸管阀、 平波电抗器 Ld、 线路电阻 R和线路电感 L， 线路对地电 容 C， 比换相压降 和 ； 其特征在于， 所述方法包括下述步骤：
A、 确定直流输电系统的约束函数；
B、 建立正向斜率曲线伏安特性；
C、 计算电流偏差引起的电压波动；
D、 建立关断角与电流增量的关系；
E、 建立关断角增量与电流增量的线性函数关系；
F、 对约束函数进行归一化。
2、 如权利要求 1所述的直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法， 其特征在于， 所述 步骤 A中， 直流输电系统的约束函数包括整流侧平波电抗器出口处伏安特性， 用下述表达式 表示：
Ud 二 Ud。r cos(x-Id'dxr ①； 所述整流侧平波电抗器出口处伏安特性用逆变侧参数表示为：
Ud =Ud0icosr-Id(dxi-R) ②； 其中： t/ 和 分别表示整流侧平波电抗器出口处电压和电流；《表示整流侧触发角； ud0r 表示整流侧理想空载电压； 表示整流侧比换相压降； ^为直流输电系统关断角； ud0i表示 逆变侧理想空载直流电压； 表示逆变侧比换相压降； t/ 随 增大线性减小， 线性变换的 斜率由 和 ;决定。
3、 如权利要求 1所述的直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法， 其特征在于， 所述 步骤 B中， 所述正向斜率控制用于连接逆变侧定电流控制和定关断角控制， 与定关断角控制 的交点为额定工作点，记作 ldN, UdN ， 与定电流控制的交点记作 N 。, Ud0 ， N和 N。在 同一直线上， 则线上任意一点（/， t/ )表示为：
其中： ί/ 和 /^分别表示与定关断角控制的额定电压工作点和额定电流工作点; 分别表示与定电流控制的额定电压工作点和额定电流工作点； ud和 Ud0之间， 以及 Id和 /。之间往往存在的比例关系为：
J - i
其中： 和 均为小于 1的比例系数； 由表达式③和表达式组④得:
U
简写为:
其中： K-
4、 如权利要求 1所述的直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法， 其特征在于， 所述 步骤 C中， 当直流输电系统处于正向斜率控制时， 若直流输电系统发生波动， 电流增加 Δ/ 则整流侧平波电抗器出口处电压 ^， 此时的直流输电系统关断角记作
由⑥式得^为
将⑧式代入⑦式得：
其中：
5、 如权利要求 1所述的直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法， 其特征在于， 所述 聚 D中， 所述关断角与电流增量的关系用下述表达式表示：
其中： 表示直流输电系统发生波动时的关断角,
6、 如权利要求 1所述的直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法， 其特征在于， 所述 步骤 E中， 在额定运行点附近将余弦函数进行泰勒展开， 关断角增量与电流增量的线性函数 关系表示为：
cosy = cos χ0- ήη χ0-(γ-χ0) + R /) ⑪；
Rm )称为拉格朗日余项；
U d0i · (cos γ' - cos γ) « -U d0i · sin γα-(γ'-γ)
=Md -(dxi-R + K)
其中： K=
7、 如权利要求 1所述的直流输电系统正向斜率控制策略的实现方法， 其特征在于， 所述 步骤 F中， 在直流输电控制系统中， 采用额定直流电流 ^和逆变侧理想空载直流电压 。'的 标幺值作为直流输电系统控制对象， 将约束函数整理得电流变化标么值与关断角偏差之间的 函数关系：
Ar = -AIdt
^orsn o^l-^) 其中： Δ^表示关断角增量； R表示线路电阻； 表示额定关断角； 电流增量引起的直流输电系统增加转化为关断角指令的增加， 将正向斜率控制嵌套于定 关断角控制之中,
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| CN201310091059.1 | 2013-03-21 |
Publications (1)
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