本發(fā)明涉及柔性直流輸電系統(tǒng)控制保護，具體是一種柔性直流系統(tǒng)消除區(qū)域大電網(wǎng)低頻振蕩的非線性控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國光伏、風電等新能源滲透率的增加，傳統(tǒng)同步發(fā)電機組的裝機容量不斷降低，導致電網(wǎng)遭受外界擾動時更容易發(fā)生振蕩。因此，大容量柔性直流系統(tǒng)應當發(fā)揮其在電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)中的作用，承擔起維護電網(wǎng)穩(wěn)定運行的責任。

2、目前，柔性直流系統(tǒng)控制方法主要分為跟網(wǎng)型和構(gòu)網(wǎng)型。跟網(wǎng)型柔性直流輸電系統(tǒng)控制方法，例如直接功率控制，其核心在于根據(jù)電網(wǎng)的需求穩(wěn)定輸送功率。然而，該方法缺乏對電網(wǎng)頻率的響應機制，無法有效提升電網(wǎng)穩(wěn)定性。構(gòu)網(wǎng)型柔性直流輸電系統(tǒng)控制方法，如虛擬同步發(fā)電機控制。該方法從外特性上模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機組大慣量、強阻尼特性，但其無法根據(jù)電網(wǎng)實時角頻率偏差、頻率變化率以及頻率積分量信息大幅度調(diào)整控制參數(shù)，因此難以實現(xiàn)對區(qū)域大電網(wǎng)低頻振蕩的快速抑制。

3、綜上所述，為了實現(xiàn)柔性直流系統(tǒng)快速消除區(qū)域大電網(wǎng)振蕩，迫切需要一種參數(shù)設計過程簡單且能夠根據(jù)電網(wǎng)實時頻率信息快速抑制振蕩的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種柔性直流系統(tǒng)消除區(qū)域大電網(wǎng)低頻振蕩的非線性控制方法，無需復雜的參數(shù)設計過程，即可實現(xiàn)快速消除電網(wǎng)振蕩。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種柔性直流系統(tǒng)消除區(qū)域大電網(wǎng)低頻振蕩的非線性控制方法，包括如下步驟：

4、步驟一、設定逆變側(cè)區(qū)域大電網(wǎng)的角頻率偏差、頻率變化率及頻率積分量控制閾值；

5、步驟二、利用電流互感器(ta)和電壓互感器(tv)來實時檢測逆變側(cè)三相電流、直流電容電壓以及逆變側(cè)三相電壓，隨后通過鎖相環(huán)得到電網(wǎng)實時頻率信息，所述電網(wǎng)實時頻率信息包括電網(wǎng)角頻率偏差、頻率變化率及頻率積分量信息；

6、步驟三、將逆變側(cè)三相電流以及逆變側(cè)三相電壓通過派克變換矩陣得到dq旋轉(zhuǎn)坐標系下電流和電壓信號；

7、步驟四、柔性直流系統(tǒng)的整流側(cè)控制采用恒壓雙閉環(huán)控制，將實時檢測的直流電容電壓和參考電容電壓的差值通過pi控制器進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)直流電容電壓無差跟蹤參考電壓；

8、步驟五、柔性直流系統(tǒng)的逆變側(cè)非線性控制根據(jù)步驟一設定的逆變側(cè)區(qū)域大電網(wǎng)的角頻率偏差、頻率變化率及頻率積分量控制閾值與電網(wǎng)實時頻率信息比較，確定逆變側(cè)變流器的工作模式，通過控制dq旋轉(zhuǎn)坐標系下電流和電壓信號輸出來實現(xiàn)柔性直流系統(tǒng)的有功、無功功率的分區(qū)間控制，以快速消除區(qū)域大電網(wǎng)振蕩，所述工作模式包括：最大抑制、快速恢復、跟蹤控制及正常運行四種運行模式。

9、進一步的，所述步驟二中，通過電流互感器(ta)檢測實時逆變側(cè)三相電流，利用電壓互感器(tv)來檢測直流電容電壓和逆變側(cè)三相電壓，隨后，通過單同步坐標系軟件鎖相環(huán)得到實時角頻率，進而計算得到電網(wǎng)角頻率偏差、頻率變化率及頻率積分量信息；

10、所述步驟三中，逆變側(cè)三相電流或電壓通過派克變換矩陣表示為：

11、

12、其中，zd和zq表示dq旋轉(zhuǎn)坐標系下逆變側(cè)電流電壓信號；zsa、zsb和zsc分別表示逆變側(cè)三相電流或電壓的a、b、c相；θ表示同步相位。

13、進一步的，所述步驟四中，整流側(cè)控制采用恒壓雙閉環(huán)控制，即

14、

15、其中，kp和ki表示恒壓雙閉環(huán)控制的比例和積分增益；udc表示參考電容電壓；udc表示實時直流電容電壓；id表示整流側(cè)電流d軸參考值。

16、進一步的，所述步驟五中，逆變側(cè)非線性控制根據(jù)角頻率偏差、頻率變化率及頻率積分量信息進行分區(qū)間調(diào)節(jié)，具體實現(xiàn)過程如下：

17、1)對于頻率信息大于最大抑制運行模式閾值時(ω≥δωmax或ω≤δωmin或r≥rmax或r≤rmin)，所述δωmax、δωmin表示最大抑制運行模式角頻率偏差的最大和最小控制閾值，所述rmax、rmin表示最大抑制運行模式頻率變化率的最大和最小控制閾值，柔性直流系統(tǒng)的逆變側(cè)變流器采用最大抑制運行模式：

18、

19、其中，k1p和k1i表示最大抑制運行模式有功功率的比例和積分增益；k2p和k2i表示最大抑制運行模式無功功率的比例和積分增益；pz和qz表示參考有功和無功功率；p和q表示實時有功和無功功率；id和iq表示逆變側(cè)電流d軸和q軸參考值；

20、最大抑制運行模式的參考有功、無功功率表示為：

21、

22、其中，s表示柔性直流系統(tǒng)容量；pmp表示最大輸出有功功率；pm表示運行狀態(tài)最小輸出有功功率；

23、2)對于頻率信息在最大抑制運行模式和快速恢復模式閾值之間時(δωm≤ω<δωmax或δωmin<ω≤δωn或rm≤r<rmax或rmin<r≤rn)，所述δωm、δωn表示快速恢復運行模式角頻率偏差的最大和最小控制閾值，所述rm、rn表示快速恢復運行模式頻率變化率的最大和最小控制閾值，柔性直流系統(tǒng)的逆變側(cè)變流器采用快速恢復運行模式：

24、id＝(k3p+sk3d)[pref-p+d3p(ωref-ω)]

25、iq＝(k4p+sk4d)(qref-q)

26、其中，k3p和k3d表示快速恢復運行模式有功功率的比例和微分增益；k4p和k4d表示快速恢復運行模式無功功率的比例和微分增益；d3p表示快速恢復運行模式角頻率偏差的比例增益；pref、qref和ωref表示參考有功功率、無功功率和角頻率；

27、3)對于頻率信息在快速恢復模式和跟蹤控制運行模式閾值之間時(δωp0≤ω<δωm或δωn<ω≤δωn0或rp0≤r<rm或rn<r≤rn0或i≥imax或i≤imin)，所述δωp0、δωn0表示跟蹤控制模式角頻率偏差的最大和最小控制閾值，所述rp0、rn0表示跟蹤控制模式頻率變化率的最大和最小控制閾值，所述imax、imin表示跟蹤控制模式頻率積分量的最大和最小控制閾值，柔性直流系統(tǒng)的逆變側(cè)變流器采用跟蹤控制模式：

28、

29、其中，k5i和k6i表示跟蹤控制運行模式有功和無功功率的積分增益；d5p表示跟蹤控制運行模式角頻率偏差的比例增益；

30、4)對于頻率信息小于跟蹤控制運行模式閾值時(δωn0<ω<δωp0且rn0<r<rp0且imin<i<imax)，柔性直流系統(tǒng)的逆變側(cè)變流器采用正常運行模式：

31、

32、其中，k7p和k7i表示正常運行模式有功功率的比例和微分增益；k8p和k8i表示正常運行模式無功功率的比例和微分增益。

33、本發(fā)明具有的優(yōu)點如下：本發(fā)明無需復雜的參數(shù)設計過程，簡單易于實現(xiàn)，具有較高的工程應用價值；根據(jù)電網(wǎng)實時角頻率偏差、頻率變化率和頻率積分量信息，本發(fā)明利用有功、無功靈活控制實現(xiàn)了柔性直流系統(tǒng)的最大化利用，快速有效地抑制電網(wǎng)振蕩，確保了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。