一種mmc型輕型直流輸電系統(tǒng)的并網(wǎng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MMC型輕型直流輸電系統(tǒng)的并網(wǎng)方法，通過將虛擬同步控制方法與MMC相結(jié)合對(duì)MMC型輕型直流輸電的運(yùn)行模式進(jìn)行切換，無需專門的同步控制電路，并網(wǎng)前可與電網(wǎng)自動(dòng)同步，預(yù)同步時(shí)間很短，并網(wǎng)后能準(zhǔn)確跟隨電網(wǎng)頻率，實(shí)現(xiàn)友好并網(wǎng)。
【專利說明】—種MMC型輕型直流輸電系統(tǒng)的并網(wǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，尤其涉及一種MMC (模塊化多電平換流器)型輕型直流輸電系統(tǒng)(HVDC-Light)的并網(wǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著能源和環(huán)境問題的加劇，太陽能和風(fēng)能等可再生能源在電力系統(tǒng)的滲透率不斷提升。隨著分布式電源容量、電壓等級(jí)的提高，尤其是海上風(fēng)電的發(fā)展，輕型直流輸電應(yīng)運(yùn)而生。MMC作為輕型直流輸電系統(tǒng)的主電路，可有效減小輸出電壓諧波含量，實(shí)現(xiàn)高壓大功率運(yùn)行。分布式電源有分散、近靠負(fù)載的特點(diǎn)，如能在并網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)平滑切換，不僅有助于提高分布式發(fā)電的供能質(zhì)量，還可以發(fā)揮分布式發(fā)電的潛能，提高電力系統(tǒng)的供電可靠性。因此，開展MMC型輕型直流輸電運(yùn)行模式的無縫切換技術(shù)研究尤為重要。然而一般的運(yùn)行模式切換控制器存在以下不足:
[0003]1、運(yùn)行模式切換控制采用雙模式控制技術(shù)，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)采用PQ電流控制方法，孤島運(yùn)行采用v/f控制方法，雙模式控制技術(shù)符合微網(wǎng)運(yùn)行的需要，但電壓控制與電流控制之間切換難度大，存在切換失敗的風(fēng)險(xiǎn)，而且還要檢測(cè)孤島信息來確定是否需要切換控制策略。
[0004]2、采用一般的下垂控制，在并網(wǎng)運(yùn)行及孤島運(yùn)行模式下其控制策略保持不變，符合即插即用的特點(diǎn)，但未考慮下垂控制對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行的適應(yīng)性，在并網(wǎng)瞬間可能存在較大的沖擊電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了使MMC型輕型直流輸電系統(tǒng)在無同步單元下快速與電網(wǎng)同步，實(shí)現(xiàn)MMC快速、平滑并入電網(wǎng)，不間斷地為關(guān)鍵負(fù)載可靠供電，本發(fā)明提出了一種MMC型輕型直流輸電系統(tǒng)的并網(wǎng)方法，在該系統(tǒng)中，MMC通過斷路器連接到交流電網(wǎng)，該系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)包括一個(gè)虛擬同步控制單元和一個(gè)電容均壓分級(jí)控制單元，該并網(wǎng)方法包括如下步驟:
[0006]檢測(cè)電網(wǎng)三相電壓、MMC三相輸出電流以及MMC三相輸出電壓；
[0007]將MMC三相輸出電壓與檢測(cè)到的電網(wǎng)三相電壓進(jìn)行比較，結(jié)合實(shí)際阻抗設(shè)定MMC與電網(wǎng)之間的虛擬阻抗，在虛擬同步控制單元中計(jì)算得到用于并網(wǎng)控制的虛擬電流；
[0008]將MMC模型等同為同步發(fā)電機(jī)的模型，計(jì)算得到用于控制MMC的參考電壓信號(hào)；
[0009]將參考電壓信號(hào)、電壓均壓分級(jí)控制單元得到的信號(hào)相結(jié)合與已知的移相的三角載波相比較得到MMC中每個(gè)子模塊的開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)MMC輸出電壓進(jìn)行控制；
[0010]MMC輸出電壓逐漸接近電網(wǎng)電壓，使虛擬電流逐漸減小，當(dāng)虛擬電流為零時(shí)，gpMMC輸出電壓與電網(wǎng)電壓基本相同，閉合斷路器，實(shí)現(xiàn)MMC與電網(wǎng)并網(wǎng)。
[0011]本發(fā)明的效果在于:
[0012](I)MMC型輕型直流輸電系統(tǒng)并網(wǎng)無需復(fù)雜的、專門的同步控制電路，利用電網(wǎng)電壓與MMC輸出電壓比較生成虛擬電流，實(shí)現(xiàn)MMC輸出與電網(wǎng)同步，且預(yù)同步時(shí)間很短。[0013](2)虛擬同步控制具有類似同步發(fā)電機(jī)的下垂特性，在并網(wǎng)時(shí)能結(jié)合外部網(wǎng)絡(luò)的頻率、幅值來調(diào)節(jié)自身功率的輸出，在穩(wěn)定電壓頻率、幅值在額定值附近的同時(shí)，保證對(duì)負(fù)載的可靠供電。
[0014](3)因?yàn)樘摂M同步控制MMC型輕型直流輸電系統(tǒng)均能在并網(wǎng)、孤島模式下運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行模式變化時(shí)，無需檢測(cè)外部網(wǎng)絡(luò)變化的信息，無需對(duì)控制策略進(jìn)行切換，避免切換過程中過電流、過電壓的產(chǎn)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)控制框圖；
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)算控制算法框圖；
[0018]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的麗C基本結(jié)構(gòu)；
[0019]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的并網(wǎng)的單相MMC模型；
[0020]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MMC輸出電壓頻率和幅值的下垂調(diào)節(jié)特性。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0022]參見圖1和圖2，分別示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MMC型輕型直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖及其運(yùn)行模式控制方法中的運(yùn)算控制算法框圖。該MMC型輕型直流輸電系統(tǒng)主要包括MMC、LC濾波器和斷路器，LC濾波器并聯(lián)在MMC和電網(wǎng)之間，斷路器用來實(shí)現(xiàn)MMC的并網(wǎng)與脫網(wǎng)。該系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)主要包括一個(gè)虛擬同步控制單元和一個(gè)電容均壓分級(jí)控制單元。實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)三相電壓Uga、ugb、ug。(下面用Ug表示)，MMC三相輸出電流iga、igb、igc(下面用ig表示)以及MMC三相輸出電壓ua、ub、u。(下面用u表示)。在進(jìn)行并網(wǎng)操作時(shí)，將檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓與MMC輸出電壓(近似為系統(tǒng)級(jí)調(diào)制信號(hào)e)進(jìn)行比較，通過虛擬同步控制單元中的運(yùn)算控制算法，生成并網(wǎng)控制用的虛擬電流，進(jìn)入虛擬同步控制單元，生成參考電壓信號(hào)，對(duì)MMC進(jìn)行控制，當(dāng)虛擬電流is逐漸減小至O時(shí)，此時(shí)可閉合斷路器，實(shí)現(xiàn)MMC并網(wǎng)運(yùn)行。當(dāng)MMC并網(wǎng)之后，將檢測(cè)到的MMC輸出電流ig代替虛擬電流is進(jìn)入控制器，并設(shè)定MMC輸出的有功、無功的參考值，改變控制器的開關(guān)狀態(tài)，使MMC具有下垂特性，完成MMC并網(wǎng)，且在并網(wǎng)條件下穩(wěn)定運(yùn)行，輸出功率基本與參考值吻合。對(duì)于MMC脫網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)需要檢測(cè)或出現(xiàn)故障時(shí)，要求MMC能在孤島模式運(yùn)行，可斷開斷路器，使MMC脫網(wǎng)運(yùn)行，因?yàn)樘摂M同步控制單元中引入了下垂控制，使得MMC具有下垂特性，在孤島模式下，能將輸出電壓頻率、幅值穩(wěn)定在額定值附近，并使輸出功率匹配負(fù)載功率，實(shí)現(xiàn)MMC孤島運(yùn)行，對(duì)關(guān)鍵負(fù)載的連續(xù)可靠供電。
[0023]下面將結(jié)合圖2來詳細(xì)說明本發(fā)明的虛擬同步控制單元中的運(yùn)算控制算法。本發(fā)明的運(yùn)算控制算法將MMC模型等同為同步發(fā)電機(jī)的模型，依據(jù)同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的功率交換來實(shí)現(xiàn)MMC的并網(wǎng)。
[0024]假設(shè)同步發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)為1，定子繞組自感為L(zhǎng)，互感為-M，勵(lì)磁阻感值為Rf、Lf，勵(lì)磁繞組與定子繞組間的互感Mf隨電角度Θ的變化而變化，if為勵(lì)磁電流，，為內(nèi)積，Tm為機(jī)械轉(zhuǎn)矩，Te為電磁轉(zhuǎn)矩，Dp為阻尼系數(shù)。
[0025]那么，同步發(fā)電機(jī)有功功率和無功功率的表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種MMC型輕型直流輸電系統(tǒng)的并網(wǎng)方法，在該系統(tǒng)中，MMC通過斷路器連接到交流電網(wǎng)，該系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)包括虛擬同步控制單元和基于移相載波調(diào)制的電容均壓控制單元，其特征在于，該并網(wǎng)方法包括如下步驟: 檢測(cè)電網(wǎng)三相電壓、MMC三相輸出電流以及MMC三相輸出電壓； 將MMC三相輸出電壓與檢測(cè)到的電網(wǎng)三相電壓進(jìn)行比較，結(jié)合實(shí)際阻抗設(shè)定MMC與電網(wǎng)之間的虛擬阻抗，在虛擬同步控制單元中計(jì)算得到用于并網(wǎng)控制的虛擬電流； 將MMC模型等同為同步發(fā)電機(jī)的模型，計(jì)算得到用于控制MMC的參考電壓信號(hào)； 將參考電壓信號(hào)、電壓均壓分級(jí)控制單元得到的信號(hào)相結(jié)合與已知的移相的三角載波相比較得到MMC中每個(gè)子模塊的開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)MMC輸出電壓進(jìn)行控制； MMC輸出電壓逐漸接近電網(wǎng)電壓，使虛擬電流逐漸減小，當(dāng)虛擬電流為零時(shí)，即MMC輸出電壓與電網(wǎng)電壓基本相同，閉合斷路器，實(shí)現(xiàn)MMC與電網(wǎng)并網(wǎng)。
2.權(quán)利要求1所述的MMC型輕型直流輸電系統(tǒng)的并網(wǎng)方法，其特征在于，該方法還包括: 當(dāng)MMC并網(wǎng)之后，將檢測(cè)到的MMC輸出電流代替虛擬電流進(jìn)入虛擬同步控制單元，并設(shè)定MMC輸出的有功、無功的參考值，改變控制器的開關(guān)狀態(tài)，使MMC具有類似同步發(fā)電機(jī)的下垂特性。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103795080SQ201410031891
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】帥智康, 彭斌, 沈征, 尹新, 周猛, 楊浩, 莫尚林 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)