基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器及其控制方法?；谄古铱刂频膯位刂绷鞔笮盘栒{(diào)制控制器包括采樣控制器（S1）、微分控制器（S2）、功率控制器（S3）、功率限制器（S4）和功率轉(zhuǎn)換器（S5）。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控交直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)嚴(yán)重交流故障或者其它單回直流雙極閉鎖等故障發(fā)生時(shí)，該直流控制器能快速判斷系統(tǒng)穩(wěn)定情況，并根據(jù)穩(wěn)定程度制定直流大信號調(diào)制策略，直流功率的實(shí)時(shí)、快速的緊急調(diào)制，有效地控制發(fā)電機(jī)群搖擺過程中區(qū)域間的功率平衡關(guān)系，起到抑制功角搖擺，提高穩(wěn)定極限的作用。
【專利說明】基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉交直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制領(lǐng)域，特別是涉及一種基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著越來越多的大功率直流輸電集中落點(diǎn)到負(fù)荷中心，直流輸電的龐大規(guī)模、快速控制響應(yīng)能力對電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性、穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)和控制手段帶來了一系列復(fù)雜的影響和深刻的變化。其中，直流的快速有功調(diào)節(jié)能力為提升大電網(wǎng)的同步穩(wěn)定能力提供了新的有效手段。
[0003]交直流大電網(wǎng)在嚴(yán)重交流故障或直流雙極閉鎖等故障下的暫態(tài)失穩(wěn)仍然是限制電網(wǎng)輸電能力的主要約束。目前，交流電網(wǎng)對于短路引起的區(qū)域間有功失衡和同步發(fā)電機(jī)功角搖擺問題一直缺少真正有效的抑制手段。抑制大電網(wǎng)擾動(dòng)后的第1-2擺的失穩(wěn)需要快速的大幅度的有功調(diào)節(jié)手段。而無論發(fā)電機(jī)PSS還是FACTs受其有功潮流調(diào)節(jié)能力限制，均只能對小幅度的功率振蕩提供阻尼，卻難以對大規(guī)模電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定，尤其是第1-3個(gè)搖擺周期內(nèi)功角失穩(wěn)起到良好的抑制作用。直流輸電的存在為改善大電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性提供了全新的、更加有效的控制手段。
[0004]直流輸電系統(tǒng)有功功率幅度較大，調(diào)節(jié)速度較快。尤其是多回直流共同參與調(diào)節(jié)，可進(jìn)一步提升單位調(diào)節(jié)功率幅度和速度，使得直流輸電系統(tǒng)的快速功率調(diào)制為改善大電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度提供了新的有效的控制手段。當(dāng)嚴(yán)重交流故障或者單回直流雙極閉鎖等故障發(fā)生時(shí)，輸電通道中的其它直流可以在快速辨識振蕩模式的基礎(chǔ)上，通過直流功率的快速、緊急調(diào)制，有效地控制發(fā)電機(jī)群搖擺過程中區(qū)域間的功率平衡關(guān)系，起到抑制功角搖擺，提高穩(wěn)定極限的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)計(jì)簡單，方便實(shí)用的基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種控制簡單方便的基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器的控制方法。本發(fā)明針對直流輸電系統(tǒng)有功功率幅度較大，調(diào)節(jié)速度較快的特點(diǎn)，為改善大電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度提供了新的有效的控制手段，能快速有效提升電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定水平。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明的基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器，包括有采樣控制器、微分控制器、功率控制器、功率限制器、功率轉(zhuǎn)換器，其中采樣控制器的輸入端與直流線路整流側(cè)換流站和逆變側(cè)換流站相連，采集換流站的功角、電壓等信號，采樣控制器有兩個(gè)輸出端，一個(gè)輸出端輸出功角差信號，該輸出功角差信號的輸出端與微分控制器的輸入端相接，采樣控制器的另一個(gè)輸出端輸出換流站母線電壓和直流電壓信號，微分控制器的輸出換流站母線電壓和直流電壓信號的輸出端與功率控制器的輸入端和功率轉(zhuǎn)換器的輸入端相接，功率控制器輸出直流功率調(diào)制信號，且功率控制器的輸出端與功率限制器的輸入端相接，功率限制器的輸出端輸出直流功率調(diào)制信號，且功率限制器的輸出端與功率轉(zhuǎn)換器的輸入端相接，功率轉(zhuǎn)換器輸出直流電流調(diào)制信號，且功率轉(zhuǎn)換器的輸出端與直流逆變側(cè)換流站內(nèi)部電流控制器相接。
[0009]當(dāng)嚴(yán)重交流故障或者單回直流雙極閉鎖等故障發(fā)生時(shí)，該直流控制器的控制器通過采集的信號快速辨識出系統(tǒng)的振蕩模式，通過直流功率的快速、緊急調(diào)制，有效地控制發(fā)電機(jī)群搖擺過程中區(qū)域間的功率平衡關(guān)系，起到抑制功角搖擺，提高穩(wěn)定極限的作用。
[0010]本發(fā)明基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器的控制方法包括如下步驟:
[0011]1)采樣控制器的功能是從直流輸電系統(tǒng)整流站采集交流母線功角。和電壓 。控制信號，從直流逆變站采集交流母線功角Sinv和電壓Vinv控制信號，從直流輸電線采集直流電壓控制信號ud。，對這些信號進(jìn)行濾波，并得到整流側(cè)和逆變側(cè)的功角差信號Δ δ、濾波后的交流母線電壓控制信號Vrec*和Vinv*，以及濾波后的直流電壓控制信號Ud。* ；
[0012]2)微分控制器將信號采樣控制器輸出的功角差信號Λ δ進(jìn)行微分，得到直流連接的兩段系統(tǒng)的角速度差信號Λ ω ；
[0013]3)微分控制器輸出角速度差信號Λ ω輸入到功率控制器中，進(jìn)過乒乓控制，得到直流功率調(diào)制量的連續(xù)控制信號APd。；
[0014]4)功率控制器輸出的直流功率調(diào)制信號將輸入到功率限制器中，根據(jù)直流系統(tǒng)特性進(jìn)行限幅限速控制，得到限制后到直流功率調(diào)制信號APd。* ；
[0015]5)功率限制器輸出的直流功率調(diào)制信號APd。*經(jīng)過功率轉(zhuǎn)換器(S5)得到直流內(nèi)部控制常采用的電流信號AId。；
[0016]6)功率轉(zhuǎn)換器輸出的電流信號Λ Id。將接入到直流換流器的內(nèi)部電流控制器中。
[0017]功率轉(zhuǎn)換器的電壓信號Ud。*需要經(jīng)過低壓限制控制才能進(jìn)行功率電流轉(zhuǎn)換計(jì)算，以防止電壓過低時(shí)電流信號超過了直流系統(tǒng)所能承受的范圍。
[0018]乒乓控制的控制策略是當(dāng)角速度差信號Δ ω大于某一正值ε:時(shí)，Λ Pd。的值為KP,當(dāng)角速度差信號Λ ω小于某一負(fù)值ε 2時(shí)，APdc的值為_KP，而當(dāng)Λ ω的值大于等于ε 1小于等于ε 2時(shí)，APdc的值為0, ε i和ε 2的值通過系統(tǒng)的仿真計(jì)算得出，而ΚΡ即為直流系統(tǒng)功率允許改變的最大幅值。
[0019]乒乓控制受直流兩端交流電壓\、VB控制，當(dāng)\、VB低于一定的值時(shí)，乒乓控制將閉鎖，此時(shí)無論速度差信號Λ ω如何變化APd。的輸出值都為0。
[0020]ε i和ε 2的值為0.001到0.01之間，而ΚΡ即為直流系統(tǒng)功率允許改變的最大幅值，一般情況下根據(jù)直流輸電線路的特性，Κρ的值取在0.1到0.5之間。
[0021]本發(fā)明的單回直流大信號調(diào)制控制器可以用于直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行中。實(shí)現(xiàn)直流輸電系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線的大信號功率調(diào)制功能。該控制器根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測直流兩端功角和電壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，判斷系統(tǒng)穩(wěn)定程度，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)時(shí)(比如區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線發(fā)生三相短路故障)，能快速調(diào)節(jié)直流系統(tǒng)的輸送功率，及時(shí)效緩解輸電系統(tǒng)因?yàn)楣收弦鸬墓β适Ш猬F(xiàn)象，抑制功角搖擺，提高交直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定極限。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明一回直流大信號調(diào)制控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明直流大信號調(diào)制控制器中采樣控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明直流大信號調(diào)制控制器中微分控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明直流大信號調(diào)制控制器中功率控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5是本發(fā)明直流大信號調(diào)制控制器中的功率控制器中的乒乓控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖6是本發(fā)明直流大信號調(diào)制控制器中功率限制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖7是本發(fā)明直流大信號調(diào)制控制器中功率轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]參見圖1所示，本發(fā)明基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器，包括采樣控制器S1，微分控制器S2，功率控制器S3，功率限制器S4，功率轉(zhuǎn)換器S5。所述的采樣控制器S1用于采集和濾波直流兩端系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的功角和電壓信號，并將濾波后的功角差信號輸送到微分控制器S2，將濾波后的電壓信號輸送到功率控制器S3和功率轉(zhuǎn)換器S5 ;所述的微分控制器S2是將信號采集器輸出的功角差信號，轉(zhuǎn)換為功角差角速度信號，并輸送到功率控制器S3 ;所述功率控制器S3是對微分控制器S2輸出的功角差信號和米樣控制器S1輸出的交流電壓信號進(jìn)行分析，得到直流系統(tǒng)功率的調(diào)制量，并將調(diào)質(zhì)量信號輸送到功率限制器S4 ;所述的功率限制器S4是對功率控制器S3輸出的直流功率調(diào)制信號進(jìn)行幅值和速度限制，并將限制后的功率調(diào)制信號輸送到功率轉(zhuǎn)換器S5 ;所述功率轉(zhuǎn)換器S5是根據(jù)采樣控制器S1輸出的直流電壓信號，將功率限制器S4輸出的功率調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為直流電流控制信號，輸送到直流內(nèi)部控制器中。
[0030]本發(fā)明提出的單回直流大信號調(diào)制控制器用于交直流輸電系統(tǒng)中的直流輸電線路的在線運(yùn)行控制。主要選取直流輸電線路兩端的換流站母線功角δΑ、δΒ和電壓信號νΑ、%及直流電壓信號ud。作為控制器的輸入信號。由于實(shí)時(shí)信號噪聲較多，因此米樣控制器S1得先進(jìn)行濾波處理，得到濾波后的信號SA*、3#、1*、％*、和仏。*，同時(shí)將兩端的功角信號經(jīng)過減法器處理，得到兩端系統(tǒng)相角差信號Λ δ。
[0031]將采樣控制器S1輸出的功角差信號Λ δ輸入到微分控制器S2進(jìn)行微分處理，得到直流連接的兩段系統(tǒng)的角速度差信號Λ ω。
[0032]將微分控制器S2輸出角速度差信號Λ ω輸入到功率控制器S3中，進(jìn)過乒乓控制，得到直流功率調(diào)制量的連續(xù)控制信號Λ Pd。。
[0033]功率控制器S3中的乒乓控制的控制策略是本控制器的技術(shù)核心，其控制策略在于當(dāng)角速度差信號Λ ω大于某一正值ε 1時(shí)，APd。的值為KP,當(dāng)角速度差信號Δ ω小于某一負(fù)值ε 2時(shí)，APdc的值為-KP，而當(dāng)Λ ω的值大于等于ε !小于等于ε 2時(shí)，Δ Pdc的值為0。ε i和ε 2的值可以通過系統(tǒng)的仿真計(jì)算得出，而ΚΡ即為直流系統(tǒng)功率允許改變的最大幅值。
[0034]功率控制器S3中乒乓控制受直流兩端交流電壓VA、VB控制。當(dāng)VA、VB低于一定的值時(shí)，乒乓控制將閉鎖，此時(shí)無論速度差信號Λ ω如何變化APd。的輸出值都為0。
[0035]將功率控制器S3輸出的直流功率調(diào)制信號Λ Pdc將輸入到功率限制器S4中，根據(jù)直流系統(tǒng)特性進(jìn)行限幅限速控制，得到限制后到直流功率調(diào)制信號△ pd。*。
[0036]將采樣控制器S1的直流電壓信號Ud。*輸入到功率轉(zhuǎn)換器S5，經(jīng)過低壓限制控制得到ud。**，然后與功率限制器S4輸出的直流功率調(diào)制信號Λ pd。*進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換計(jì)算，得到直流內(nèi)部控制常采用的電流信號Aid。。
[0037]最后將功率轉(zhuǎn)換器S5輸出的電流信號Aide接入到直流換流器的內(nèi)部電流控制器中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器，其特征在于包括有采樣控制器(S1)、微分控制器(S2)、功率控制器(S3)、功率限制器(S4)、功率轉(zhuǎn)換器(S5)，其中采樣控制器(S1)的輸入端與直流線路整流側(cè)換流站和逆變側(cè)換流站相連，采集換流站的功角、電壓等信號，采樣控制器(S1)有兩個(gè)輸出端，一個(gè)輸出端輸出功角差信號，該輸出功角差信號的輸出端與微分控制器(S2)的輸入端相接，采樣控制器(S1)的另一個(gè)輸出端輸出換流站母線電壓和直流電壓信號，微分控制器(S2)的輸出換流站母線電壓和直流電壓信號的輸出端與功率控制器(S3)的輸入端和功率轉(zhuǎn)換器(S5)的輸入端相接，功率控制器(S3)輸出直流功率調(diào)制信號，且功率控制器(S3)輸出端與功率限制器(S4)的輸入端相接，功率限制器(S4)的輸出端輸出直流功率調(diào)制信號，且功率限制器(S4)的輸出端與功率轉(zhuǎn)換器(S5)的輸入端相接，功率轉(zhuǎn)換器(S5)輸出直流電流調(diào)制信號，且功率轉(zhuǎn)換器(S5)的輸出端與直流逆變側(cè)換流站內(nèi)部電流控制器相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器，其特征在于當(dāng)嚴(yán)重交流故障或者單回直流雙極閉鎖等故障發(fā)生時(shí)，該直流控制器的控制器通過采集的信號快速辨識出系統(tǒng)的振蕩模式，通過直流功率的快速、緊急調(diào)制，有效地控制發(fā)電機(jī)群搖擺過程中區(qū)域間的功率平衡關(guān)系，起到抑制功角搖擺，提高穩(wěn)定極限的作用。
3.一種基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器的控制方法其特征在于包括如下步驟: 1)采樣控制器(S1)的功能是從直流輸電系統(tǒng)整流站采集交流母線功角。和電壓Vrec控制信號，從直流逆變站采集交流母線功角S inv和電壓Vinv控制信號，從直流輸電線采集直流電壓控制信號ud。，對這些信號進(jìn)行濾波，并得到整流側(cè)和逆變側(cè)的功角差信號Δ δ、濾波后的交流母線電壓控制信號Vrec*和Vinv*，以及濾波后的直流電壓控制信號Ud。* ； 2)微分控制器(S2)將信號采樣控制器(S1)輸出的功角差信號△δ進(jìn)行微分，得到直流連接的兩段系統(tǒng)的角速度差信號Λ ω ； 3)微分控制器(S2)輸出角速度差信號△ω輸入到功率控制器(S3)中，進(jìn)過乒乓控制，得到直流功率調(diào)制量的連續(xù)控制信號APd。; 4)功率控制器(S3)輸出的直流功率調(diào)制信號將輸入到功率限制器(S4)中，根據(jù)直流系統(tǒng)特性進(jìn)行限幅限速控制，得到限制后到直流功率調(diào)制信號APd。* ; 5)功率限制器(S4)輸出的直流功率調(diào)制信號APd。*經(jīng)過功率轉(zhuǎn)換器(S5)得到直流內(nèi)部控制常采用的電流信號△ Id。; 6)功率轉(zhuǎn)換器(S5)輸出的電流信號Aid。將接入到直流換流器的內(nèi)部電流控制器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器的控制方法，其特征在于功率轉(zhuǎn)換器(S5)的電壓信號Ud。*需要經(jīng)過低壓限制控制才能進(jìn)行功率電流轉(zhuǎn)換計(jì)算，以防止電壓過低時(shí)電流信號△ Id。超過了直流系統(tǒng)所能承受的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器的控制方法，其特征在于乒乓控制的控制策略是當(dāng)角速度差信號Λ ω大于某一正值ε ,時(shí)，APd。的值為KP,當(dāng)角速度差信號Λ ω小于某一負(fù)值ε 2時(shí)，APdc的值為_KP，而當(dāng)Λ ω的值大于等于ε 1小于等于ε 2時(shí)，APdc的值為Ο, ε i和ε 2的值通過系統(tǒng)的仿真計(jì)算得出，而ΚΡ即為直流系統(tǒng)功率允許改變的最大幅值。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器的控制方法，其特征在于乒乓控制受直流兩端交流電壓VA、VB控制，當(dāng)VA、％低于一定的值時(shí)，乒乓控制將閉鎖，此時(shí)無論速度差信號λ ω如何變化APd。的輸出值都為0。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于乒乓控制的單回直流大信號調(diào)制控制器的控制方法，其特征在于ε i和ε 2的值為0.001到0.01之間，而ΚΡ即為直流系統(tǒng)功率允許改變的最大幅值，一般情況下根據(jù)直流輸電線路的特性，ΚΡ的值取在0.1到0.5之間。
【文檔編號】H02J1/00GK104253428SQ201410191516
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】涂亮, 黃振林, 門錕, 管霖, 王長香, 趙立剛 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司