一種直流電流反饋的柔性直流輸電系統(tǒng)交流電壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于向無源網(wǎng)絡(luò)供電的柔性直流輸電控制技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種直流電 流反饋的柔性直流輸電系統(tǒng)交流電壓控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柔性直流輸電技術(shù)憑借可無源逆變、電能質(zhì)量好、無需無功支撐等技術(shù)優(yōu)勢，成為 解決遠(yuǎn)方孤島及城市中屯、配網(wǎng)等無源網(wǎng)絡(luò)供電的重要技術(shù)手段之一。為保證無源網(wǎng)絡(luò)的正 常運(yùn)行，電壓源換流器必須采用交流電壓控制，為其提供穩(wěn)定的交流電壓及功率支撐。由于 電壓源換流器是直流系統(tǒng)與無源網(wǎng)絡(luò)之間的媒介，功率來源于直流系統(tǒng)，因此直流系統(tǒng)的 穩(wěn)定對無源網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行至關(guān)重要。作為直流系統(tǒng)的重要特征量之一，所有直流系統(tǒng)擾動均 會伴隨直流電流的波動。而一旦直流系統(tǒng)發(fā)生擾動引起直流電流變化，如故障、潮流變化 等，該擾動均會經(jīng)電壓源換流器對無源網(wǎng)絡(luò)電壓穩(wěn)定產(chǎn)生影響。該問題的存在不利于無源 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。目前廣泛采用的柔性直流輸電系統(tǒng)交流電壓控制器均存在該問題，為解 決運(yùn)一瓶頸，必須研究相應(yīng)的控制策略，抑制直流系統(tǒng)擾動對無源網(wǎng)絡(luò)交流電壓的影響，而 運(yùn)方面的研究，在國內(nèi)外公開文獻(xiàn)及報告中均未見報道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的是解決柔性直流輸電系統(tǒng)交流電壓控制器存在直流系統(tǒng)擾動對無 源網(wǎng)絡(luò)電壓穩(wěn)定產(chǎn)生影響的問題，提高交流電壓控制器對直流系統(tǒng)擾動的響應(yīng)速度及抗干 擾能力。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種直流電流反饋的柔性直流 輸電系統(tǒng)交流電壓控制方法，所述控制方法是將流入電壓源換流站直流側(cè)電流Id引入交流 電壓控制器中，通過將所述直流側(cè)電流Id的反饋分別疊加到PWM調(diào)制信號的d軸分量和q軸 分量中，對所述電壓源換流站交流電壓進(jìn)行控制。
[0005] 優(yōu)選的，所述直流側(cè)電流Id的反饋增益為Kd和Kq,所述Kd和Kq的整定公式為
(1 )，式中S為載波幅值，Ucd日和UcqO分別為所述電 壓源換流站交流側(cè)電壓Uc的d軸分量穩(wěn)態(tài)值和q軸分量穩(wěn)態(tài)值，PacO為所述電壓源換流站吸 收的有功功率穩(wěn)態(tài)值，UdO為所述電壓源換流站直流側(cè)電壓的穩(wěn)態(tài)值，C為直流側(cè)電容值，S為 復(fù)頻域變量。
[0006] 進(jìn)一步優(yōu)選的，對所述電壓源換流站交流電壓進(jìn)行控制包括W下具體步驟：
[0007] ①采用電壓互感器和電流互感器測量無源網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的=相電壓Us和=相電流 is，并基于鎖相環(huán)得到電網(wǎng)同步相位；
[0008] ②基于步驟①所得到的電網(wǎng)同步相位進(jìn)行派克變換得到電壓Us的d軸分量Usd和q 軸分量Usq W及電流i S的d分量i Sd和q分量i sq。
[0009] ③將所述交流電壓d分量Usd與交流電壓指令值d軸分量Usd*進(jìn)行比較并經(jīng)比例積分 控制器消除其靜態(tài)誤差，然后將所述比例積分控制器輸出量與所述交流電流q軸分量isq和 所述直流電流Id的反饋疊加，其中所述isq的負(fù)反饋增益為工頻角速度《與聯(lián)結(jié)電抗器電感 L之積《 L，所述直流電流Id的反饋增益Kd由所述反饋增益整定公式計(jì)算，從而得到PWM調(diào)制 信號的d軸分量。
[0010] ④將所述交流電壓q分量Usq與交流電壓指令值q軸分量Usq*進(jìn)行比較并經(jīng)比例積分 控制器消除其靜態(tài)誤差，然后將所述比例積分控制器輸出量與所述交流電流d軸分量isd和 所述直流電流Id的反饋疊加，其中所述isd的正反饋增益為工頻角速度《與聯(lián)結(jié)電抗器電感 L之積《 L，所述直流電流Id的反饋增益Kq由所述反饋增益整定公式計(jì)算，從而得到PWM調(diào)制 信號的q軸分量。
[0011] ⑤將所述PWM調(diào)制信號d軸分量和q軸分量經(jīng)派克反變換并與所述=角載波進(jìn)行比 較，得到所述電壓源換流站換流閥的開關(guān)控制信號。
[0012] 本發(fā)明工作原理：與交流系統(tǒng)的電壓頻率類似，直流電流是直流系統(tǒng)潮流及運(yùn)行 狀態(tài)的重要特征量，直流系統(tǒng)的任何擾動都會通過直流電壓的波動來體現(xiàn)，將電壓源換流 站直流側(cè)電流引入交流電壓控制器中，抑制直流系統(tǒng)擾動對無源網(wǎng)絡(luò)電壓穩(wěn)定性的影響； 一旦直流系統(tǒng)發(fā)生擾動，交流電壓控制器可通過直流電流的變化對其進(jìn)行判斷；通過配置 合理的直流電流反饋增益，控制器便可針對擾動對PWM調(diào)制信號進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而避免直流系 統(tǒng)擾動對無源網(wǎng)絡(luò)的影響，保證無源網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的正常運(yùn)行。
[0013] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明應(yīng)用于向無源網(wǎng)絡(luò)供電的電壓源換流站，相比現(xiàn)有技 術(shù)的柔性直流輸電系統(tǒng)交流電壓控制器，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單易行，僅需增加流入電壓源換流 站直流電流的測量及正反饋，即可提高交流電壓控制器對直流系統(tǒng)擾動的響應(yīng)速度及抗干 擾能力；有效抑制直流系統(tǒng)擾動對電壓源換流站交流側(cè)W及無源網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生的影響，大 大提高無源網(wǎng)絡(luò)電壓穩(wěn)定性及抗直流系統(tǒng)干擾的能力，保證無源網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的正常運(yùn)行。
【附圖說明】
[0014] 圖1為向無源網(wǎng)絡(luò)供電的兩電平電壓源換流站拓?fù)鋱D；
[001引其中，1-無源網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，2-換流變壓器，Us-無源網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)交流電壓，3-濾波器， 4-聯(lián)結(jié)電抗器，is-換流站交流電流，Uc-換流站交流側(cè)電壓，5-電壓源換流閥，6-換流站直流 側(cè)電容，Ud-換流站直流側(cè)電壓，Id為流入換流站的直流側(cè)電流；
[0016] 圖2為直流電流反饋的柔性直流輸電系統(tǒng)交流電壓控制器框圖；
[0017] 圖3(a)、化）、（C)、（d)、（e)、（f)分別為電壓源換流站采用本實(shí)施例的控制方式前 后，對應(yīng)Kd和Kq不同取值，直流系統(tǒng)發(fā)生擾動時試驗(yàn)結(jié)果對比曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 通過W下詳細(xì)說明結(jié)合附圖可W進(jìn)一步理解本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。所提供的實(shí)施 例僅是對本發(fā)明方法的說明，而不W任何方式限制本發(fā)明掲示的其余內(nèi)容。
[0019] 本實(shí)施方式提供的技術(shù)方案是:一種直流電流反饋的柔性直流輸電系統(tǒng)交流電壓 控制方法，所述控制方法是將流入電壓源換流站直流側(cè)電流Id引入交流電壓控制器中，通 過將所述直流側(cè)電流Id的反饋分別疊加到PWM調(diào)制信號的d軸分量和q軸分量中，對所述電 壓源換流站交流電壓進(jìn)行控制。
[0020] 所述直流側(cè)電流I d的反饋增益為K d和K q，所述K d和K q的整定公式為
n )，式中S為載波幅值，UedO和Ueq日分別為所述電 壓源換流站交流側(cè)電壓Uc的d軸分量穩(wěn)態(tài)值和q軸分量穩(wěn)態(tài)值，PacO為所述電壓源換流站吸 收的有功功率穩(wěn)態(tài)值，UdO為所述電壓源換流站直流側(cè)電壓的穩(wěn)態(tài)值，C為直流側(cè)電容值，S為 復(fù)頻域變量。
[0021] 對所述電壓源換流站交流電壓進(jìn)行控制包括W下具體步驟：
[0022] ①采用電壓互感器和電流互感器測量無源網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的=相電壓Us和=相電流 is，并基于鎖相環(huán)得到電網(wǎng)同步相位；
[0023] ②基于步驟①所得到的電網(wǎng)同步相位進(jìn)行派克變換得到電壓Us的d軸分量Us^Pq 軸分量山。^及電流13的(1分量13巧化分量13。。
[0024] ③將所述交流電壓d分量Usd與交流電壓指令值d軸分量Usd*進(jìn)行比較并經(jīng)比例積分 控制器消除其靜態(tài)誤差，然后將所述比例積分控制器輸出量與所述交流電流q軸分量isq和 所述直流電流Id的反饋疊加，其中所述isq的負(fù)反饋增益為工頻角速度《與聯(lián)結(jié)電抗器電感 L之積《L，所述直流電流Id的反饋增益Kd由所述反饋增益整定公式計(jì)算，從而得到PWM調(diào)制 信號的d軸分量。
[0025] ④將所述交流電壓q分量Usq與交流電壓指令值q軸分量Usq*進(jìn)行比較并經(jīng)比例積分 控制器消除其靜態(tài)誤差，然后將所述比例積分控制器輸出量與所述交流電流d軸分量isd和 所述直流電流Id的反饋疊加，其中所述isd的正反饋增益為工頻角速度《與聯(lián)結(jié)電抗器電感 L之積《L，所述直流電流Id的反饋增益Kq由所述反饋增益整定公式計(jì)算，從而得到PWM調(diào)制 信號的q軸分量。
[0026] ⑤將所述PWM調(diào)制信號d軸分量和q軸分量經(jīng)派克反變換并與所述=角載波進(jìn)行比 較，得到所述電壓源換流站換流閥的開關(guān)控制信號。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 如圖1所示，為向無源網(wǎng)絡(luò)供電的兩電平電壓源換流站等效結(jié)構(gòu)圖，圖中1為無源 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，2為換流變壓器，Us為無源網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)交流電壓，3為濾波器，4為聯(lián)結(jié)電抗器，is為 換流站交流電流，Uc為換流站交流側(cè)電壓，5為電壓源換流閥，6為換流站直流側(cè)電容，Ud為換 流站直流側(cè)電壓，Id為流入換流站的直流側(cè)電流。
[0029] 如圖2所示，為本實(shí)施例提出的交流電壓控制器，在交流電壓控制器中引入流進(jìn)換 流站的直流側(cè)電流Id正反饋，將直流