直流电压跌落时换流器最大功率输出的控制方法与流程

本发明涉及一种直流电压跌落时换流器最大功率输出的控制方法，以维持柔性直流电网电压的暂态稳定性。

背景技术：

由于柔性直流电网容量较小的特点，当大负荷接入或直流侧短路时，容易导致直流电压的大幅度跌落。另外，由于负荷或分布式电源的投入/切除的随机性，而由于直流网络的阻抗较小，所以多端配网系统各换流站联系非常紧密，也增加了柔性直流电网中出现电压跌落的概率。因此在换流器不必闭锁时采用适合的控制策略以维持直流电压的稳定具有很大的意义，否则控制直流电压的换流站的频繁闭锁将严重影响柔性直流电网的供电可靠性。

换流器本地控制作用是根据系统控制提供的功率指令，协调站内换流器电压整定值，并完成整定值到触发脉冲的转换，通常采用基于VSC直接电流控制的双闭环控制器，分为电流内环和有功功率外环。

对于电压跌落的情况，已有的柔性直流电网控制方法通常采用换流器闭锁的方法应对(若发生直流短路故障，还需要交流断路器断开或换流器自动清除故障)。但在实际情况中，除非发生换流器出口处极间金属性短路，直流电压下降至0的可能性是很小的。如果采用闭锁方法会导致系统失去对换流器输出功率的控制。而随着直流断路器的发展，换流器必须闭锁的情形将越来越少，例如直流侧线路短路时，加装了直流断路器的换流站无需闭锁或断开相连的交流断路器。若要在电压跌落的情况下保持换流器不闭锁，需要在本地控制中考虑换流器的稳态限幅(直流电压利用率的限制)和动态限幅(IGBT发热的限制)。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种直流电压跌落时换流器最大功率输出的 控制方法，以实现当电压大幅度跌落时，控制换流器在不过流的条件下进行最大功率输出。本发明方法利用了换流器交流侧等效电感和总电阻参数，根据当前换流器交、直流侧电压，以换流器允许通过的最大电流为约束条件，判断换流器电流内环控制是否存在交流电流参考值解集，当参考值存在解时，本发明给出了参考值求解方法，按本方法求得的交流电流参考值下发到换流器本地控制电流内环后可以使换流器向直流系统输出最大功率，有助于直流电压的恢复。

为实现上述发明的目的，解决其技术问题，本发明提供一种直流电压跌落时换流器最大功率输出的控制方法，以得到换流器本地控制电流内环d/q轴参考值i_dref，i_qref。

针对采用双环控制，允许通过的最大电流为i_lims的换流器，当直流侧电压低于设定值U_DC1时，采用最大功率输出控制取代原功率外环控制，最大功率输出控制根据换流器交流侧等效总电感L_ac，等效总电阻R_ac，当前交流侧基波电压相量U_s，直流侧电压U_DC，按照如下步骤判断换流器电流内环控制d/q轴参考值i_dref，i_qref是否有解，当参考值i_dref，i_qref无解则设置换流器闭锁；当参考值i_dref，i_qref有解则计算其值并下发到换流器本地控制电流内环：

第1步将U_s在d/q同步坐标系下进行变换，得到U_s＝u_sd+j·u_sq：

第2步计算当前交、直流电压下换流器的交流电流参考值取值范围的圆心d轴坐标i_dref0、圆心q轴坐标i_qref0以及半径i_lim0，各参数的计算公式如下式：

式中ω为交流电网基波角频率；M_max为最大直流电压利用率；

第3步判断当前交、直流电压下换流器是否存在不过流的交流电流参考值解集，判断公式如下式：，

当上述不等式成立时，即交流电流参考值解集不存在，则设置换流器闭锁，同时退出计算；

当上述不等式不成立时，即交流电流参考值解集存在，则进行下 一步；

第4步计算i_d，i_q，其计算公式如下式：

按照下式判断当前i_d，i_q下换流器是否过流：

当上述不等式成立时，即不过流，则设置i_dref＝i_d，i_qref＝i_q，转入第6步；

当上述不等式不成立时，则进行下一步；

第5步由下式判断i_dref，i_qref的计算方法：

当上述不等式成立时，则设置i_dref＝i_lims，i_qref＝0，转入第6步；

当上述不等式不成立时，则i_dref，i_qref计算公式如下式：

进行下一步；

第6步将得出的i_dref，i_qref作为参考值下发到换流器本地控制电流内环。

与现有方法相比，该方法的优点在于：本发明利用了换流器交流侧等效电感和总电阻参数，及当前换流器交、直流侧运行电压情况，给出了本地控制电流内环参考值的计算方法。当柔性直流电网中的电压由于冲击负荷或瞬时短路故障等种种原因大幅度跌落时，采用本方法后，换流器可以在不过流的同时，保持不闭锁并且保证交流系统向直流系统输出最大功率，以促进直流电压的恢复，提高柔性直流电网的暂态电压暂态稳定性和供电可靠性。

附图说明

图1是本发明实例所述的柔性直流电网换流站硬件示意图。

图2是本发明所述的换流器最大功率输出控制方法的算法流程图。

具体实施方式

本发明所述的直流电压跌落时换流器最大功率输出的控制方法，尤其适用于在柔性直流电网电压大幅度跌落时的交流电流控制，以保证换流站输出最大功率并保持交流电流不越限，促进直流电压的恢复。下面结合附图1和附图2对本发明的具体实施作进一步说明。

智能测控装置是目前广泛采用的测控装置，它通常由模拟量采集模块、中央处理单元、通信模块、人机界面模块等构成。

图1表示了一个接入交、直流系统的柔性直流换流站简化模型，本发明方法在智能测控装置1中进行计算。智能测控装置1的模拟量采集模块通过交流电压互感器2连接交流电源，并通过直流电压传感器3连接换流站的直流出口，其通信模块连接VSC本地控制装置4的通信模块。

智能测控装置1通过人机界面获取换流阀交流侧正序总电感和交流侧正序总电阻，分别记为L_ac、R_ac，电压稳定下限值，以及换流阀稳态限幅，记为i_lims，通过模拟量采集回路测量交流电源电压基波相量和直流电压，分别记为U_s、U_DC，通过通信模块与VSC本地控制装置4中外环控制给出的交流电流参考值。

然后智能测控装置1将U_s在d/q同步坐标系下进行变换，得到U_s＝u_sd0+j·u_sq0。然后检查直流电压U_DC，当直流电压大幅跌落时，即直流电压U_DC低于电压稳定下限值时，则智能测控装置1通过通信模块对VSC本地控制装置4下达指令关闭功率外环。启用VSC本地控制装置4中的最大功率输出的控制环节。

为了维持保证换流器输出功率P_DC最大，首先计算动态限幅参数i_dref0、i_qref0、i_lim0，为简化分析假设则控制器基于交流侧等效总电感L_ac、交流侧等效总电阻R_ac和直流电压U_DC计算一定残压下与动态限幅范围内换流站最大功率输出所对应的交流电流参考值i_d，i_q，其计算公式如下式：

检查i_d，i_q，若则设置i_dref＝i_d，且i_qref＝i_q作为最终的换流站交流电流的参考值；否则当同时成立，则设置i_dref＝i_lims，且i_qref＝0作为换流站交流电流的参考值；

最后将上文得到的i_dref，i_qref作为参考值通过通信模块下发到VSC本地控制装置4的电流内环，即可保证换流器在交流电流不越限的前提下换流器输出最大功率，以利于柔性直流电网中直流电压的恢复。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。