一种柔性直流输电有功控制模式自动切换系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子控制技术领域，尤其涉及一种针对背靠背柔性直流输电控制 系统的有功控制模式自动切换系统。
【背景技术】
[0002] 柔性直流输电系统凭借其具有有功无功可独立调节、无需大容量的无功补偿和滤 波器、不会出现换相失败、受端可连接于无源系统等优点，主要应用于新能源发电系统联 网、异步电网连接等场合。随着电力市场的发展，区域电网之间的背靠背柔性直流输电互联 是解决区域电网之间潮流的控制、区域电网间电力市场实时交易问题的最佳方案。
[0003] 中国专利申请201110244817.X(申请号）介绍了一种柔性直流输电MMC阀稳态运 行试验的背靠背试验方法，现有的方法大都是关注柔性直流输电的稳态运行基本功能实现 的问题。然而关于柔性直流输电系统的控制模式，详细叙述的较少。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题：提供一种有功控制模式自动切换的系统，以实现有功 功率外环和直流电压外环的自动切换。
[0005] 为了便于理解本申请的技术方案，首先对与本申请有功控制模式自动切换的系统 相关的装置进行简单介绍如下：
[0006] 在柔性直流输电系统中，采用模块化多电平换流器作为一次系统设备，模块化多 电平换流器（MMC1、MMC2)由6个桥臂组成，每个桥臂由一个电抗器2L和N个子模块串联而 成。MMC电路高度模块化，能够通过增减接入换流器的子模块数量来满足不同的功率和电压 等级要求，便于实现集成化设计，缩短项目周期，节约成本。
[0007] 第一电流内环及阀级控制器3、第二电流内环及阀级控制器4主要实现的是两个 换流器的电流解耦控制以及最近电平逼近的调制方式，最终通过光纤连接到各自换流器 上。电流解耦控制即为将实际采样的三相电流进行坐标变换，转换为DQ坐标系下，将控制 外环给定的参考值与变换后的电流值做差，送到PI控制器中，最终输出调制波；最近电平 逼近的调制方式即为，通过投入或退出子模块，使得装置输出的电压接近调制波波形。
[0008] 系统级控制中心6主要涉及MMC1、MMC2两个站的总体有功和无功的协调控制，其 需要将系统所需有功功率期望值PMf、直流电压期望值Udc^f以及逆变/整流信息下发到有 功控制模式自动切换系统5中。
[0009] 本发明具体采用以下技术方案：
[0010] 一种柔性直流输电有功控制模式自动切换系统，包括期望值设定器7、第一直流电 压闭环控制模块8、第一有功功率闭环控制模块9、第二直流电压闭环控制模块10、第二有 功功率闭环控制模块11、第一控制外环选择器12和第二控制外环选择器13 ;其特征在于：
[0011] 所述期望值设定器7接收柔性直流输电系统的系统级控制中心6下发的直流系统 有功功率期望值PMf、直流电压期望值Ud_f，以及柔性直流输电系统换流站的整流或逆变信 息；
[0012] 所述期望值设定器7生成柔性直流输电系统第一端换流站的第一直流电压期望 值UdCMfi和第一直流系统有功功率期望值PMfl分别下发至第一直流电压闭环控制模块8和 第一有功功率闭环控制模块9;
[0013] 所述期望值设定器7生成柔性直流输电系统另一端换流站的第二直流电压期望 值UdCMf2和第二直流系统有功功率期望值PMf2分别下发至第二直流电压闭环控制模块10 和第二有功功率闭环控制模块11;
[0014] 所述第一直流电压闭环控制模块8将接收的第一直流电压期望值Udcrefl作为柔性 直流输电系统第一端换流站的直流电压期望值，与实际采集的本端直流母线直流电压信号 通过比例积分控制后生成第三电流期望值IcUf3;
[0015] 所述第一有功功率闭环控制模块9将接收的第一有功功率期望值Prefl作为柔性直 流输电系统第一端换流站的有功功率期望值与实际采集的本端换流站的有功功率信号通 过比例积分控制后生成第一电流期望值IcUfl;
[0016] 所述第二直流电压闭环控制模块10将接收到的第二直流电压期望值Udkf2作为 柔性直流输电系统另一端换流站的直流电压期望值，与实际采集的该端直流母线直流电压 信号通过比例积分控制后生成第四电流期望值IcUf4;
[0017] 第二有功功率闭环控制模块11将接收到的第二有功功率期望值Pref2作为柔性直 流输电系统另一端换流站的有功功率期望值，与实际采集的该端换流站的有功功率信号通 过比例积分控制后生成第二电流期望值IcUf2;
[0018]所述第一控制外环选择器12接收第三电流期望值IcUf3和第一电流期望值Id,efl， 经过选择分配后，将第一电流期望值IcUfl或者第三电流期望值IcUrf3作为对应柔性直流输 电系统第一端换流站的第一电流内环及阀级控制器3的输入信号；
[0019] 所述第二控制外环选择器13接收第四电流期望值IcUf4和第二电流期望值IdMf2， 经过选择分配后，将第二电流期望值IcUf2或者第四电流期望值IcUrf4作为对应柔性直流输 电系统另一端换流站的第二电流内环及阀级控制器4的输入信号。
[0020] 本发明还进一步优选以下方案：
[0021] 当所述期望值设定器7接收到的系统级控制中心6下发的有功功率期望值PMf为 负即第一端换流站为整流站且另一端换流站为逆变站时，期望值设定器7生成并分别下发 到第一直流电压闭环控制模块8、第一有功功率闭环控制模块9、第二直流电压闭环控制模 块10、第二有功功率闭环控制模块11的第一直流电压期望值Udcrefl、第一直流系统有功功 率期望值PMfl、第二直流电压期望值Udcref2、第二直流系统有功功率期望值Pref2分别如下所 示：
[0022] Prefl= |Pref|+detaP
[0023]Udcrefl=Udcref
[0024] Pref2=Pref
[0025]Udcref2=0.9Udcref
[0026] 式中，detaP= 0.1PN，Pn为柔性直流输电系统的额定功率；
[0027]当所述期望值设定器7接收到的系统级控制中心6下发的有功功率期望值P,efS 正即第一端换流站为逆变站且另一端换流站为整流站时，期望值设定器7生成并分别下发 到第一直流电压闭环控制模块8、第一有功功率闭环控制模块9、第二直流电压闭环控制模 块10、第二有功功率闭环控制模块11的第一直流电压期望值Udcrefl、第一直流系统有功功 率期望值PMfl、第二直流电压期望值Udcref2、第二直流系统有功功率期望值Pref2分别如下所 示：
[0028] Prefl=-Pref
[0029]Udcrefl=0.9Udcref
[0030] Pref2= |Pref|+detaP
[0031]Udcref2=Udcref
[0032] 式中，detaP= 0. 1PN，Pn为柔性直流输电系统的额定功率。
[0033]当判断柔性直流输电系统的第一端换流站为整流站时，所述第一控制外环选择器 12选择第一电流期望值IcUfl和第三电流期望值Idref3中较小者做为第一电流内环及阀级 控制器3的输入信号；
[0034] 当判断直流输电的第一端换流站为逆变站时，所述第一控制外环选择器12选择 第一电流期望值IcUfl和第三电流期望值Idref3中较大者做为第一电流内环及阀级控制器3 的输入信号；
[0035] 当判断直流输电的另一端换流站为整流站时，所述第二控制外环选择器13选择 第二电流期望值IcUf2和第四电流期望值Idref4中较小者做为第二电流内环及阀级控制器4 的输入信号；
[0036] 当判断直流输电的另一端换流站为逆变站时，所述第二控制外环选择器13选择 第二电流期望值IcUf2和第四电流期望值Idref4中较大者做为第二电流内环及阀级控制器4 的输入信号。
[0037] 本发明有益效果：
[0038] 本发明提供了一种有功控制模式自动切换的方法，通过期望值设定器7给定第一 直流电压闭环控制模块8、第一有功功率闭环控制模块9、第二直流电压闭环控制模块10、 第二有功功率闭环控制模块11有功功率期望值和直流电压期望值，然后再通过第一控制 外环选择器12和第二控制外环选择器13,实现背靠背柔性直流输电系统有功控制模式的 自动识别。
【附图说明】：
[0039]图1是本发明有功控制模式自动切换系统结构示意图；
[0040]图2-1是本发明第一有功功率闭环模块结构示意图；
[0041]图2-2是本发明第二有功功率闭环模块结构示意图；
[0042]图3-1是本发明第一直流电压闭环模块结构示意图；
[0043] 图3-2是本发明第二直流电压闭环模块结构示意图；
[0044]图4是本发明期望值设定器结构示意图；
[0045] 图5是本发明期望值分配器功能示意图；
[0046] 图6是本发明第一控制外环选择器功能示意图；
[0047] 图7是本发明第二控制外环选择器功能示意图。
【具体实施方式】
[0048] 为使本发明的技术方案，控制优点更加明确，下面将结合附图对本发明做详细的 解释说明。
[0049] 本发明实施例提供了一种基于背靠背柔性直流输电系统的有功控制模式自动切 换的系统，实现了有功功率外环和直流电压外环的自动切换。本发明实施例的介绍是基于 主电路采用两个基于模块化多电平换流器的拓扑结构（见图1)，它包括MMC1、MMC2,第一电 流内环及阀级控制器3、第二电流内环及阀级控制器4、有功控制模式自动切换系统5以及 系统级控制中心6。
[0050] 在柔性直流输电系统中，采用模块化多电平换流器作为一次系统设备，模块化多 电平换流器（MMC1、MMC2)由6个桥臂组成，每个桥臂由一个电抗器2L和N个子模块串联而 成。MMC电路高度模块化，能够通过增减接入换流器的子模块数量来满足不同的功率和电压 等级要求，便于实现集成化设计，缩短项目周期，节约成本。
[0051] 第一电流内环及阀级控制器3、第二电流内环及阀级控制器4主要实现的是两个 换流器的电流解耦控制以及最近电平逼近的调制方式，最终通过光纤连接到各自换流器 上。电流解耦控制即为将实际采样的三相电流进行坐标变换，转换为DQ坐标系下，将控制 外环给定的参考值与变换后的电流值做差，送到PI控制器中，最终输出调制波；最近电平 逼近的调制方式即为，通过投入或退出子模块，使得装置输出的电压接近调制波波形。
[0052] 系统级控制中心6主要涉及MMC1、MMC2两个站的总体有功和无功的协调控制，其 需要将系统所需有有功功率期望值PMf、直流电压期望值Uttorf以及逆变/整流信息下发到 有功控制模式自动切换系统5中。