一种柔性直流输电系统抑制低频振荡的控制方法与流程

1.本发明属于电力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流输电系统抑制低频振荡的控制方法。


背景技术：

2.柔性直流输电技术是新一代高压直流输电技术，与通常采用电流源换流器(csc)的高压直流输电比较，其特点是可以实现有功功率和无功功率的独立控制，无需无功功率补偿，可以无需交流电网的短路容量支持换相，从而解决直流输电向弱系统或无源交流电网供电的问题。但目前对柔性直流输电接入弱交流电网、海上风电、孤岛供电等典型应用场景的适应性缺乏研究，其控制保护技术也主要针对有源强系统，将有源强系统的控制策略应用到弱电网或风电连接时存在系统稳定性差和动态性能较弱问题。
3.低频振荡问题是电力系统的一个重要研究课题，电力系统低频振荡的诱发因素很多，与发电机转子转速摆动、磁场强度变化、电网负荷变化和网络结构的变化等因素都有关，电网的低频振荡严重时能导致电网的解列，危害电网的安全稳定运行。电力系统发生低频振荡时，柔直控制系统的电压、电流、有功功率、无功功率等都可能发生振荡，电网的功率与电压电流相互耦合，理论上，通过抑制系统的功率振荡就能抑制系统的电压电流振荡。
4.目前针对柔直系统低频振荡问题，最常用的措施是附加虚拟阻抗控制策略来改善柔直系统阻抗特性，从而抑制系统振荡，在某些特定振荡工况下，采用虚拟阻抗控制并不能实现柔直系统的稳定控制，单一的虚拟阻抗控制存在一定的局限性，因而进一步开展柔性直流系统的低频振荡抑制措施研究，解决柔直与交流电网的系统振荡，提升柔性直流输电与交流互联系统的动态稳定性具有重大的现实需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术不足,提供一种用于柔性直流输电系统抑制低频振荡的控制方法,可以较好的抑制柔直系统与交流系统互联时的低频振荡，保证系统的安全稳定运行。
6.为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种柔性直流输电系统抑制低频振荡的控制方法，换流站控制器采用双闭环结构矢量控制策略，所述方法包括：
8.在柔直控制器中配置附加有功功率稳定控制器和/或无功功率稳定控制器来抑制系统振荡；
9.所述有功功率稳定控制器提取有功功率的振荡分量，根据有功功率的振荡分量获得有功功率补偿分量；
10.所述无功功率稳定控制器提取无功功率的振荡分量，根据无功功率的振荡分量获得无功功率补偿分量；
11.将有功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的有功类控制环节中；
12.将无功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的无功类控制环节中。
13.优选的方案中，所述有功功率稳定控制器提取有功功率的振荡分量、所述无功功率稳定控制器提取无功功率的振荡分量的方法为：
14.采集柔直系统交流侧三相电压实际值usa、usb、usc和三相电流实际值isa、isb、isc；通过锁相环得到同步旋转角度θ；
15.通过dq坐标变换获取交流电压的d、q轴分量usd、usq和交流电流的d、q轴分量isd、isq；
16.通过交流电压的d、q轴分量usd、usq和交流电流的d、q轴分量isd、isq计算获取实际有功功率p和无功功率q；
[0017][0018]
滤除有功功率p中的直流分量和高频分量，获取有功功率的振荡分量；
[0019]
滤除无功功率q中的直流分量和高频分量，获取无功功率的振荡分量。
[0020]
优选的方案中，所述根据有功功率的振荡分量获得有功功率补偿分量具体为：将有功功率的振荡分量取反后得到有功功率补偿分量δp；
[0021]
所述根据无功功率的振荡分量获得无功功率补偿分量具体为：将无功功率的振荡分量取反后得到无功功率补偿分量δq。
[0022]
优选的方案中，所述有功功率振荡分量取反再进行限幅处理后得到有功功率补偿分量δp；
[0023]
所述无功功率的振荡分量取反再进行限幅处理后得到无功功率补偿分量δq。
[0024]
优选的方案中，当有功类控制环节选择定有功功率控制模式时，所述将有功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的有功类控制环节中具体为：将有功功率补偿分量叠加到柔直控制系统有功功率指令值。
[0025]
优选的方案中，当有功类控制环节选择定直流电压控制模式时，所述将有功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的有功类控制环节中具体为：将有功功率补偿分量叠加到定直流电压控制环节的有功功率中间控制量上。
[0026]
优选的方案中，当无功类控制环节选择定无功功率控制模式时，所述将无功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的无功类控制环节中具体为：将无功功率补偿分量叠加到控制系统的无功功率指令值。
[0027]
优选的方案中，当无功类控制环节选择定交流电压控制模式时，所述将无功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的无功类控制环节中具体为：将无功功率补偿分量叠加到定交流电压控制环节的无功功率中间控制量上。
[0028]
优选的方案中，所述直流分量的滤除方法包括：采用高通滤波器、带通滤波器或陷波器。
[0029]
优选的方案中，所述高频分量的滤除方法包括：采用低通滤波环节、带阻滤波器或陷波器。
[0030]
优选的方案中，滤除有功功率p中的直流分量和高频分量后，再经过移相环节对交流电压电流采样延时和控制延时进行补偿，获取有功功率的振荡分量；滤除无功功率q中的直流分量和高频分量后，再经过移相环节对交流电压电流采样延时和控制延时进行补偿，
获取无功功率的振荡分量。
[0031]
采用上述方案后，本发明的有益效果为：
[0032]
(1)本发明提供的柔性直流输电系统抑制低频振荡的控制方法，通过配置附加有功功率稳定控制器和无功功率稳定控制器来抑制系统功率振荡，进而实现抑制系统电压电流振荡的目的，提高柔直系统接入弱电网时的运行稳定性，使得柔直系统更加安全可靠。
[0033]
(2)本发明提供的柔性直流输电系统抑制低频振荡的控制方法，控制结构简单、物理概念清晰，无需附加任何硬件装置，只需对柔直控制算法稍作修改便可达到抑制系统低频振荡的目的，且对柔直有源系统的各种控制方式均具有适用性，可广泛应用于柔直输电系统中。
附图说明
[0034]
图1柔性直流输电系统双闭环矢量控制示意图；
[0035]
图2电流内环控制框图；
[0036]
图3为本发明一实施例提供的一种柔性直流输电系统抑制低频振荡方法的有功功率和无功功率补偿分量提取控制框图；
[0037]
图4为本发明一实施例提供的一种柔性直流输电系统抑制低频振荡方法的功率稳定控制器控制框图；
[0038]
图5为本发明一实施例提供的一种柔性直流输电系统抑制低频振荡方法的流程图。
具体实施方式
[0039]
为了使本发明的技术方案更加清楚明白，以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0040]
柔直控制系统主流控制方案是双闭环结构的矢量控制策略，如图1所示，外环控制器根据直流系统不同的控制目标来设计，可分为有功类控制和无功类控制，有功类控制主要是直流电压控制、有功功率控制，无功类控制主要是交流电压控制和无功功率控制，外环控制生成内环电流参考值，内环电流控制实现换流器电流控制，电流内环控制控制框图如图2所示。
[0041]
本发明一实施例提供的一种柔性直流输电系统抑制低频振荡的控制方法包括：
[0042]
在柔直控制器中配置附加有功功率稳定控制器和/或无功功率稳定控制器来抑制系统振荡。
[0043]
其中，有功功率稳定控制器提取有功功率的振荡分量，根据有功功率的振荡分量获得有功功率补偿分量；将有功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的有功类控制环节中。
[0044]
其中，无功功率稳定控制器提取无功功率的振荡分量，根据无功功率的振荡分量获得无功功率补偿分量；将无功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的无功类控制环节中。
[0045]
优选的实施例中，有功功率的振荡分量、无功功率的振荡分量采用如下方式计算：
[0046]
s101:采集柔直系统交流侧三相电压实际值usa、usb、usc和三相电流实际值isa、isb、isc；通过锁相环得到同步旋转角度θ。
[0047]
s102:通过dq坐标变换获取交流电压的d、q轴分量usd、usq和交流电流的d、q轴分
量isd、isq。
[0048]
s103:通过交流电压的d、q轴分量usd、usq和交流电流的d、q轴分量isd、isq计算获取实际有功功率p和无功功率q。
[0049][0050]
s104:滤除有功功率p中的直流分量和高频分量，获取有功功率的振荡分量。其中，直流分量的滤除方法包括：采用高通滤波器、带通滤波器或陷波器。高频分量的滤除方法包括：采用低通滤波环节、带阻滤波器或陷波器。
[0051]
s105:滤除无功功率q中的直流分量和高频分量，获取无功功率的振荡分量。其中，直流分量的滤除方法包括：采用高通滤波器、带通滤波器或陷波器。高频分量的滤除方法包括：采用低通滤波环节、带阻滤波器或陷波器。
[0052]
优选的实施例中，有功功率补偿分量和无功功率补偿分量计算方法为：将有功功率的振荡分量取反后得到有功功率补偿分量δp；所述根据无功功率的振荡分量获得无功功率补偿分量具体为：将无功功率的振荡分量取反后得到无功功率补偿分量δq。
[0053]
另一优选实施例中，有功功率补偿分量和无功功率补偿分量计算方法为：有功功率振荡分量取反再进行限幅处理后得到有功功率补偿分量δp；无功功率的振荡分量取反再进行限幅处理后得到无功功率补偿分量δq。
[0054]
与有源网络连接时，柔直控制系统的外环控制可分为有功类控制和无功类控制，一般有如下四种组合：
[0055]
一、有功类控制选择定有功功率控制，无功类控制选择定无功功率控制；
[0056]
二、有功类控制选择定有功功率控制，无功类控制选择定交流电压控制；
[0057]
三、有功类控制选择定直流电压控制，无功类控制选择定无功功率控制；
[0058]
四、有功类控制选择定直流电压控制，无功类控制选择定交流电压控制；
[0059]
当有功类控制环节选择定有功功率控制模式时，将有功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的有功类控制环节中具体为：将有功功率补偿分量叠加到柔直控制系统有功功率指令值。
[0060]
当有功类控制环节选择定直流电压控制模式时，将有功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的有功类控制环节中具体为：将有功功率补偿分量叠加到定直流电压控制环节的有功功率中间控制量上。
[0061]
当无功类控制环节选择定无功功率控制模式时，将无功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的无功类控制环节中具体为：将无功功率补偿分量叠加到控制系统的无功功率指令值。
[0062]
当无功类控制环节选择定交流电压控制模式时，将无功功率补偿分量叠加到柔直控制系统的无功类控制环节中具体为：将无功功率补偿分量叠加到定交流电压控制环节的无功功率中间控制量上。
[0063]
下面结合图3、图4、图5介绍一个在柔直控制器中同时配置附加有功功率稳定控制器和无功功率稳定控制器来抑制系统振荡的实施例。
[0064]
以下以双闭环控制系统为例说明本方法的具体实现过程。
[0065]
(1)采集柔直系统交流侧三相电压实际值usa、usb、usc和三相电流实际值isa、
isb、isc；通过锁相环得到同步旋转角度θ。
[0066]
(2)提取dq坐标变换获取交流电压的d、q轴分量usd、usq和交流电流的d、q轴分量isd、isq。
[0067]
(3)通过交流电压的d、q轴分量usd、usq和交流电流的d、q轴分量isd、isq计算获取实际有功功率p和无功功率q。
[0068][0069]
(4)设置有功功率隔直环节滤除有功功率p的直流分量，系统正常运行无振荡时，有功功率为直流量，经隔直环节后，输出几乎为0。而当系统出现低频振荡时，经过隔直环节后，输出波形的振荡频率为f
p
＝|f
z-50|，其中f
p
为dq坐标下的振荡频率，fz为自然坐标系下的振荡频率。隔直环节可采用高通滤波器、带通滤波器或陷波器结构，配置参数根据具体振荡情况确定。
[0070]
(5)有功功率经过隔直环节后，对高频分量会有所放大，另外本振荡抑制控制方法主要针对系统低频振荡，因而，有功功率隔直环节滤除有功功率p的直流分量后，再通过低通滤波环节滤除有功功率的高频分量，配置参数根据具体振荡情况确定。
[0071]
(6)对系统有功功率低频振荡进行抑制时，需要补偿电压电流采样延时、控制延时等导致的有功功率延时，因此有功功率经过隔直环节和低通滤波环节后再经过移相环节对有功功率进行补偿，一般采用超前滞后补偿控制器，对于不同的系统振荡频率，其延时可能不同，因而移相环节的配置参数根据具体振荡情况确定。
[0072]
(7)有功功率经过隔直环节、低通滤波环节和移相环节后提取有功功率的振荡分量，无功功率的处理过程与有功功率类似，也经过自己的隔直环节、低通滤波环节和移相环节提取无功功率的振荡分量，取反并经过限幅器后得到有功功率和无功功率的补偿分量，有功功率和无功功率补偿分量提取过程如图3所示。
[0073]
(8)将有功功率的补偿分量叠加到柔直控制系统有功功率指令值，将无功功率的补偿分量叠加到控制系统的无功功率指令值，用于外环控制器生成内环电流控制器指令值，如图4所示。
[0074]
所述设置的有功功率稳定控制器和无功功率稳定控制器实际都相当于对双闭环矢量控制结构柔直控制器的外环进行调节，电网的低频振荡响应速度较慢，与控制器外环响应速度相当，因而可以通过控制有功功率和无功功率来抑制功率振荡，进而完成柔直输电系统的低频振荡抑制。
[0075]
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。