一种柔性直流输电网的无源控制方法和无源控制器与流程

本发明涉及直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流输电网的无源控制方法和无源控制器。

背景技术：

为了解决能源紧缺问题以及满足低能耗可持续发展的需求，风能、太阳能等可再生的清洁能源发电得到了大力的开发和利用。由于新能源发电存在供电质量不稳定、与交流电网距离较远等缺点，所以新能源发电站在向交流电网输电时，如果采用传统交流输电方法或基于电流源换流器的直流输电方法，则所需的成本较高。

为解决上述问题，目前新能源发电站大都采用柔性直流输电网技术向交流电网输电。柔性直流输电网技术是以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术，具有有功控制和无功控制独立实现、具有向无源网络供电功能和能够防止换相失败等优点，被广泛应用于新能源发电站并网、海上孤岛输电等领域。

柔性直流输电网具有联网模式和孤岛模式两种运行方式，当交流电网出现故障时，交流断路器断开，柔性直流输电网运行于孤岛模式。《中国电机工程学报》的第35卷第9期记载了一篇名称为“MMC-HVDC联网及孤岛运行状态转换策略”的文章，公开了一种根据柔性直流输电网本地频率实现孤岛模式与联网模式两种运行方式之间相互转换的控制方法。但是由于该方法在判断柔性直流输电网联网模式转换为孤岛模式时存在一定的延时，在此延时期间会引起柔性直流输电网不稳定，为柔性直流输电网造成较大扰动。并且因为该方法在柔性直流输电网处于孤岛模式时，柔性直流输电网网侧交流电压的频率和相位的参考值都是由人为直接给定的，所以会为柔性直流输电网引起较大的波动。

技术实现要素：

本发明提供一种柔性直流输电网的无源控制方法和无源控制器，用于解决上述柔性直流输电网在孤岛模式时，由于人为直接给定其网侧交流电压的频率和相位的参考值而引起波动的问题，实现柔性直流输电网联网模式与孤岛模式间的平滑转换。

一种柔性直流输电网的无源控制方法，包括对柔性直流输电网联网模式转孤岛模式时进行控制的步骤；对柔性直流输电网由联网模式转为孤岛模式前网侧交流电压的d、q分量进行锁定，并将其作为孤岛模式下网侧交流电压d、q分量的参考值，对网侧的交流电压进行PI控制。

本发明提供的技术方案，在柔性直流输电网处于孤岛模式时，由于其网侧交流电压d、q分量的参考值不是人为给定的，而是由联网模式转为孤岛模式前网侧交流电压的d、q分量，因此不会引起柔性直流输电网的波动。

进一步的，当柔性直流输电网络运行在联网模式下，检测到交流断路器断开时，判断为柔性直流输电网由联网模式转换为孤岛模式，从而消除了判断柔性直流输电网由联网模式转换为孤岛模式时的延时，进一步增强柔性直流输电网的稳定性。

进一步的，如果柔性直流输电网由联网模式转为孤岛模式之前网侧交流电压幅值小于X Pu，其中X在0到0.8之间取值，则在孤岛模式下网侧交流电压d、q分量的参考值分别给定为M和N，其中M和N在0到1之间取值。因为当柔性直流输电网网侧交流电压的幅值小于X Pu时，说明网侧的交流电压已经发生了严重的畸变，所以其网侧交流电压d、q分量的参考值分别给定为M和N，从而进一步增强柔性直流输电网的稳定性。

进一步的，还包括对柔性直流输电网由孤岛模式转换为联网模式时进行无源控制的步骤；当柔性直流输电网运行在孤岛模式下，并且接收到转为联网模式的指令时，将交流侧电压的d、q分量及幅值分别与电网电压的d、q分量及幅值进行比较，如果其差值均小于设定值，则判断为满足转为联网模式的条件，发送控制交流断路器闭合的指令。上述背景技术中“MMC-HVDC联网及孤岛运行状态转换策略”的论文采用电网交流电压的频率作为判断柔性直流输电网由孤岛模式转为联网模式的依据但是这种方法中电网交流电压的频率和幅值的参考值也均是人为给定的，同样会对柔性直流输电网造成干扰。因此本发明还提供了一种根据电网电压的d、q分量及幅值作为判断柔性直流输电网由孤岛模式转为联网模式的依据，从而消除了由于人为给定频率参考值而造成的干扰。

进一步的，还包括柔性直流输电网无源启动时无源控制的步骤；当柔性直流输电网处于无源启动状态时；将直流输电网网侧的交流电压的d、q分量的参考值分别给定为M和N，其中M和N根据实际控制需求，在0到1之间进行取值；然后通过PI控制网侧电压d、q分量分别跟踪给定值M、N。在柔性直流输电网无源启动时，也需要进行无源控制，因此增设柔性直流输电网无源启动时无源控制的步骤，能够进一步完善对柔性直流输电网的无源控制；将网侧的交流电压的d、q分量分别给定为M、N，能够保证柔性直流输电网的稳定性。

一种柔性直流输电网的无源控制器，包括对柔性直流输电网联网模式转孤岛模式时进行控制的模块；对柔性直流输电网由联网模式转为孤岛模式前网侧交流电压的d、q分量进行锁定，并将其作为孤岛模式下网侧交流电压d、q分量的参考值，对网侧的交流电压进行PI控制。

进一步的，当柔性直流输电网运行在联网模式下，检测到交流断路器断开时，判断为柔性直流输电网络由联网模式转换为孤岛模式。

进一步的，如果柔性直流输电网由联网模式转为孤岛模式之前网侧交流电压幅值小于X Pu，其中X在0到0.8之间取值，则在孤岛模式下网侧交流电压d、q分量的参考值分别给定为M和N，其中M和N在0到1之间取值。

进一步的，还包括对柔性直流输电网由孤岛模式转换为联网模式时进行控制的模块；当柔性直流输电网运行在孤岛模式下，并且接收到转为联网模式的指令时，将交流侧电压的d、q分量及幅值分别与电网电压的d、q分量及幅值进行比较，如果其差值均小于设定值，则判断为满足转为联网模式的条件，发送控制交流断路器闭合的指令。

进一步的，还包括柔性直流输电网无源启动时无源控制的模块；当柔性直流输电网处于无源启动状态时；将直流输电网网侧的交流电压的d、q分量的参考值分别给定为M和N，其中M和N根据实际控制需求，在0到1之间进行取值；然后通过PI控制网侧电压d、q分量分别跟踪给定值M、N。

附图说明

图1为实施例中柔性直流输电网的结构图；

图2为实施例中柔性直流输电网的无源控制方法的控制原理图。

具体实施方式

本发明提供一种柔性直流输电网的无源控制方法和无源控制器，用于解决上述柔性直流输电网在孤岛模式时，由于人为直接给定其网侧交流电压的频率和相位的参考值而引起波动的问题，实现柔性直流输电网联网模式与孤岛模式间的平滑转换。

柔性直流输电网由三相六个桥臂构成，如图1所示，每个桥臂由电感和若干个完全相同的子模块级联构成，每个子模块包含两个IGBT，两个反向二极管和一个直流电容。柔性直流输电网的电压源换流器采用双环dq解耦控制，内环为电流环，当柔性直流输电网处于联网模式下时，外环为直流电压环或有功功率环、无功功率环，孤岛模式下外环为交流电压环。

当柔性直流输电网由联网模式转为孤岛模式时，对柔性直流输电网由联网模式转为孤岛模式前网侧交流电压的d、q分量进行锁定，并将其作为孤岛模式下网侧交流电压d、q分量的参考值，对网侧的交流电压进行PI控制。由于本发明提供的技术方案中，柔性直流输电网在孤岛模式时，其网侧交流电压d、q分量的参考值不是人为直接给定的，而是根据柔性直流输电网转为孤岛模式前网侧交流电压d、q分量进行给定的，因此不会引起波动。

方法实施例：

本实施例提供的柔性直流输电网的无源控制方法控制原理图如图2所示，包括对柔性直流输电网无源启动、由联网模式转为孤岛模式以及孤岛模式转为联网模式的条件判别和无源控制。

当柔性直流输电网连接无源网进行无源启动时，电压源换流器由直流侧进行充电，锁相环输出理想相位。此时将网侧交流电压d、q分量的参考值分别给定为M和N，然后通过PI控制网侧交流电压的d、q分量分别跟踪给定值M和N，从而保证柔性直流输电网的稳定性。其中M和N的值根据实际控制的需求，在0到1之间进行取值。

当电网发生故障时，柔性直流输电网的交流断路器断开，柔性直流输电网由联网模式转换为孤岛模式，并对交流断路器断开之前网侧交流电压的幅值进行判断。如果交流电压的幅值不小于XPu，其中X在0到0.8之间进行取值，则对交流断路器断开之前网侧交流电压的d、q分量进行锁定，分别将其作为孤岛模式下网侧交流电压d、q分量的参考值，对网侧的交流电压进行PI控制；如果交流电压的幅值小于XPu，则说明交流电压已经发生了严重的畸变。为保证柔性直流输电网的稳定性，将孤岛模式下网侧交流电压d、q分量的参考值分别给定为M和N，对网侧的交流电压进行PI控制。

当交流电网的故障排除，恢复正常的时候，运行人员下发孤岛模式转为联网模式的控制命令。当接收到孤岛模式转为联网模式的控制命令后，将交流侧电压的d、q分量及幅值分别与电网电压的d、q分量及幅值进行比较，如果其差值均小于设定值，则判断为满足转为联网模式的条件，发送控制交流断路器闭合的指令，控制交流断路器闭合，将柔性直流输电网由孤岛模式转换为联网模式。

在本实施例中，当交流电网的故障排除后，将交流侧电压的d、q分量及幅值与电网电压的d、q分量及幅值的差值作为柔性直流输电网由孤岛模式转换为联网模式的判断依据；作为其他实施方式，可以采用其他标准，如将交流侧电压的频率与网侧电压的频率的差值等作为柔性直流输电网由孤岛模式转换为联网模式的判断依据。

在本实施例中，设有柔性直流输电网无源启动时的无源控制；作为其他实施例，可以只设置对柔性直流输电网的联网模式与孤岛模式之间转换的无源控制而不设置柔性直流输电网无源启动时的无源控制。

在本实施例中，交流电网出现故障造成交流电压发生畸变时，将孤岛模式下网侧交流电压d、q分量的参考值分别给定为M和N；作为其他实施方式，当交流电压发生畸变时可以采取其他措施，如关闭柔性直流输电网等。

装置实施例

一种柔性直流输电网的无源控制器，包括对柔性直流输电网联网模式转孤岛模式时进行控制的模块；对柔性直流输电网由联网模式转为孤岛模式前网侧交流电压的d、q分量进行锁定，并将其作为孤岛模式下网侧交流电压d、q分量的参考值，对网侧的交流电压进行PI控制。

本实施例提供的一种柔性直流输电网的无源控制装置的模块并不是硬件模块，而是按照方法实施例进行编程得到的功能模块，运行在相应硬件的控制器中。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。