本发明涉及一种电力电子化电力系统的控制策略，具体涉及一种联接弱受端交流系统的MMC-HVDC的控制方法及控制器。
背景技术：
模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)由于具有波形质量好、损耗低、模块化程度高等优点，目前已成为电压源换流器型高压直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)工程应用的主要拓扑结构。
VSC型换流器由于采用全控器件，因此不需要电网提供换相电压，可实现向弱交流系统或无源网络供电。然而已有研究表明，基于电流矢量控制(Vector-Current-Control,VCC)的VSC-HVDC系统联接弱交流电网时，锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)的动态特性会恶化，很容易导致系统出现小干扰失稳现象。
针对上述问题，国内外学者提出了一些控制方法来改善VSC-HVDC联接弱交流电网的稳定性，主要包括通过自动调节外环增益的改进矢量电流控制方法、虚拟电阻或者虚拟母线的思想、通过引入阻抗补偿项来扩大PLL的稳定运行范围、功率同步控制方法。然而以上研究均针对两电平VSC结构，因此还需要进一步在MMC系统中进行有效性验证。
技术实现要素：
本发明提供了一种联接弱受端交流系统的MMC-HVDC的控制方法及控制器，其目的是为了解决由于交流系统强度减弱而导致系统的失稳现象；
本发明采用的技术方案如下：
一种联接弱受端交流系统的MMC-HVDC的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：
根据锁相环输出的角频率信号确定交流电压附加阻尼分量；
利用锁相环输出的相位信号和所述交流电压附加阻尼分量调节电流矢量控制器的输出电压信号；
利用所述电流矢量控制器的输出电压信号控制MMC换流站。
进一步的，所述根据锁相环输出的角频率信号确定交流电压附加阻尼分量，包括：
按下式确定交流电压附加阻尼分量Uk：
Uk＝Hd(ω-ω0)
其中，Hd为附加电压阻尼控制的阻尼系数，ω0为额定角频率，ω为锁相环输出角频率信号。
进一步的，所述利用锁相环输出的相位信号和所述交流电压附加阻尼分量调节电流矢量控制器的输出电压信号，包括：
利用所述交流电压附加阻尼分量确定电流矢量控制器输出的q轴电压分量；
将锁相环输出的相位信号、所述电流矢量控制器输出的q轴电压分量和电流矢量控制器输出的d轴电压分量经过派克反变化生成所述电流矢量控制器的输出电压信号。
进一步的，所述利用所述交流电压附加阻尼分量确定电流矢量控制器输出的q轴电压分量，包括：
按下式确定电流矢量控制器输出的q轴电压分量：
Ucq＝utqm+ωLeqi2dm-kp1(Iqref-i2qm)-ki1∫(Iqref-i2qm)dt
上式中，utqm为公共连接点q轴电压测量值；ω为锁相环输出角频率信号；Leq＝LT+Larm/2，LT为交流系统中联结变压器的等值损耗电感，Larm为MMC桥臂电感；i2dm为MMC换流站交流侧出口d轴电流分量测量值，i2qm为MMC换流站交流侧出口q轴电流分量测量值；kp1为内环q轴比例积分控制器的比例系数；ki1为内环q轴比例积分控制器的积分系数；
其中，按下式确定MMC内环控制器的q轴电流参考值Iqref：
Iqref＝kp2(Ut-Uref-Uk)+ki2∫(Ut-Uref-Uk)dt
上式中，kp2为MMC外环定交流电压比例积分控制器的比例系数，ki2为MMC外环定交流电压比例积分控制器的积分系数，Uk为交流电压附加阻尼分量，Uref为MMC外环定交流电压控制器的电压参考值，Ut为交流系统的公共连接点电压。
进一步的，所述利用所述电流矢量控制器的输出电压信号控制MMC换流站，包括：
将所述电流矢量控制器的输出电压信号经过最近电平逼近调制生成MMC换流站的触发信号，利用所述MMC换流站的触发信号控制MMC换流站。
一种联接弱受端交流系统的MMC-HVDC的控制器，其改进之处在于，所述控制器包括：依次相连的锁相控制器、附加阻尼控制器、电流矢量控制器和调制器；
所述锁相控制器，用于根据交流系统的公共连接点电压生成角频率信号和相位信号；
所述附加阻尼控制器，用于根据所述角频率信号确定交流电压附加阻尼分量；
所述电流矢量控制器，用于利用所述相位信号和交流电压附加阻尼分量调节电流矢量控制器的输出电压信号；
所述调制器，用于利用所述电流矢量控制器的输出电压信号控制MMC换流站。
进一步的，所述锁相控制器，包括派克变换器、第一加法器，锁相环比例积分控制器，第二加法器和积分控制器；
所述派克变换器的q轴分量输出端与所述第一加法器负反馈连接；
所述第一加法器的输出端与锁相环比例积分控制器的输入端相连，所述锁相环比例积分控制器的输出端与第二加法器正反馈连接；
所述第二加法器的输出端与所述附加阻尼控制器中的第三加法器的输入端正反馈连接，所述第二加法器的输出端与所述积分控制器的输入端连接；
所述积分控制器的输出端与所述电流矢量控制器中的派克反变换器的输入端相连；
所述派克变换器的输入信号包括：+Ut；
所述第一加法器的输入信号包括：+0；
所述第二加法器的输入信号还包括+ω0，其输出信号为+ω；
所述第一积分控制器的输出信号为θ；
其中，Ut为交流系统的公共连接点电压，ω0为额定角频率，ω为锁相环输出角频率信号，θ为锁相环输出相位信号。
进一步的，所述附加阻尼控制器，包括第三加法器和比例控制器；
所述第三加法器的输出端与所述比例控制器的输入端相连，所述比例控制器的输出端与所述电流矢量控制器中的第四加法器的输入端负反馈连接；
所述第三加法器的输入信号还包括-ω0；
所述比例控制器的的输出信号为Uk；
其中，Uk为交流电压附加阻尼分量，ω0为额定角频率。
进一步的，所述电流矢量控制器，包括第四加法器、外环定交流电压比例积分控制器、第五加法器、内环q轴比例积分控制器、第六加法器、第七加法器、外环定有功功率比例积分控制器、第八加法器、内环d轴比例积分控制器、第九加法器和派克反变换器；
所述第四加法器的输出端与所述外环定交流电压比例积分控制器的输入端相连；
所述外环定交流电压比例积分控制器的输出端与所述第五加法器的正反馈连接；
所述第五加法器的输出端与所述内环q轴比例积分控制器的输入端相连；
所述内环q轴比例积分控制器的输出端与第六加法器负反馈连接；
所述第七加法器的输出端与所述外环定有功功率比例积分控制器的输入端相连；
所述外环定有功功率比例积分控制器的输出正反馈至所述第八加法器；
所述第八加法器的输出端与所述内环d轴比例积分控制器的输入端相连；
所述内环d轴比例积分控制器的输出负反馈至所述第九加法器；
所述第六加法器的输出端和第九加法器的输出端分别与派克反变换器的输入端相连；
所述第四加法器的输入信号还包括-Uref和+Ut；
所述第五加法器的输入信号还包括-i2qm；
所述第六加法器的输入信号还包括+utqm和+ωLeqi2dm；
所述派克反变换器的输入信号还包括θ，其输出信号为Uref_abc；
所述第七加法器的输入信号还包括+Pref和-Pm；
所述第八加法器的输入信号还包括-i2dm；
所述第九加法器的输入信号还包括+utdm和-ωLeqi2qm；
其中，Uref为MMC外环定交流电压控制器的电压参考值，Ut为交流系统的公共连接点电压，i2qm为MMC换流站交流侧出口q轴电流分量测量值，utqm为公共连接点电压q轴分量测量值，ωLeqi2dm为d轴耦合项，Leq＝LT+Larm/2，LT为交流系统中联结变压器的等值损耗电感，Larm为MMC桥臂电感，ω为锁相环输出角频率信号；θ为锁相环输出相位信号，Uref_abc为电流矢量控制器的输出电压信号；i2dm为MMC换流站交流侧出口d轴电流分量测量值；utdm为公共连接点电压d轴分量测量值；ωLeqi2qm为q轴耦合项；Pref为MMC外环定有功功率控制器的参考值，Pm为MMC外环定有功功率控制器的测量值。
进一步的，所述调制器，用于：
将所述电流矢量控制器的输出电压信号经过最近电平逼近调制生成MMC换流站的触发信号，利用所述MMC换流站的触发信号控制MMC换流站。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种联接弱受端交流系统的MMC-HVDC的控制方法及控制器，通过将锁相环输出的角频率信号乘以阻尼系数获得交流电压附加阻尼分量，利用所述交流电压附加阻尼分量调节电流矢量控制器的输出电压值进而调节MMC换流站的触发信号，实现对MMC换流站的控制。本发明提供的技术方案，能够抑制由于交流系统强度减弱而导致的系统小干扰失稳现象，从而使MMC系统可以运行在弱交流系统场合下；且本发明采用的器件较少，具有很好的实用性和可操作性。
附图说明
图1为本发明提供的一种联接弱受端交流系统的MMC-HVDC的控制方法流程图；
图2为本发明提供的一种联接弱受端交流系统的MMC-HVDC的控制的控制器图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
一种联接弱受端交流系统的MMC-HVDC的控制方法，如图1所示，所述方法包括：
根据锁相环输出的角频率信号确定交流电压附加阻尼分量；
利用锁相环输出的相位信号和所述交流电压附加阻尼分量调节电流矢量控制器的输出电压信号；
利用所述电流矢量控制器的输出电压信号控制MMC换流站。
具体的，所述根据锁相环输出的角频率信号确定交流电压附加阻尼分量，包括：
按下式确定交流电压附加阻尼分量Uk：
Uk＝Hd(ω-ω0)
其中，Hd为附加电压阻尼控制的阻尼系数，ω0为额定角频率，ω为锁相环输出角频率信号。
具体的，所述利用锁相环输出的相位信号和所述交流电压附加阻尼分量调节电流矢量控制器的输出电压信号，包括：
利用所述交流电压附加阻尼分量确定电流矢量控制器输出的q轴电压分量；
将锁相环输出的相位信号、所述电流矢量控制器输出的q轴电压分量和电流矢量控制器输出的d轴电压分量经过派克反变化生成所述电流矢量控制器的输出电压信号。
具体的，所述利用所述交流电压附加阻尼分量确定电流矢量控制器输出的q轴电压分量，包括：
按下式确定电流矢量控制器输出的q轴电压分量：
Ucq＝utqm+ωLeqi2dm-kp1(Iqref-i2qm)-ki1∫(Iqref-i2qm)dt
上式中，utqm为公共连接点q轴电压测量值；ω为锁相环输出角频率信号；Leq＝LT+Larm/2，LT为交流系统中联结变压器的等值损耗电感，Larm为MMC桥臂电感；i2dm为MMC换流站交流侧出口d轴电流分量测量值，i2qm为MMC换流站交流侧出口q轴电流分量测量值；kp1为内环q轴比例积分控制器的比例系数；ki1为内环q轴比例积分控制器的积分系数；
其中，按下式确定MMC内环控制器的q轴电流参考值Iqref：
Iqref＝kp2(Ut-Uref-Uk)+ki2∫(Ut-Uref-Uk)dt
上式中，kp2为MMC外环定交流电压比例积分控制器的比例系数，ki2为MMC外环定交流电压比例积分控制器的积分系数，Uk为交流电压附加阻尼分量，Uref为MMC外环定交流电压控制器的电压参考值，Ut为交流系统的公共连接点电压。
具体的，所述利用所述电流矢量控制器的输出电压信号控制MMC换流站，包括：
将所述电流矢量控制器的输出电压信号经过最近电平逼近调制生成MMC换流站的触发信号，利用所述MMC换流站的触发信号控制MMC换流站。
一种联接弱受端交流系统的MMC-HVDC的控制器，如图2所示，所述控制器包括：依次相连的锁相控制器、附加阻尼控制器、电流矢量控制器和调制器；
所述锁相控制器，用于生成锁相环输出的角频率信号和相位信号；
所述附加阻尼控制器，用于根据锁相环输出的角频率信号确定交流电压附加阻尼分量；
所述电流矢量控制器，用于利用所述交流电压附加阻尼分量调节电流矢量控制器的输出电压信号；
所述调制器，用于利用所述电流矢量控制器的输出电压信号控制MMC换流站。
具体的，所述锁相控制器，包括派克变换器、第一加法器，锁相环比例积分控制器，第二加法器和积分控制器；
所述派克变换器的q轴分量输出端与所述第一加法器负反馈连接；
所述第一加法器的输出端与锁相环比例积分控制器的输入端相连，所述锁相环比例积分控制器的输出端与第二加法器正反馈连接；
所述第二加法器的输出端与所述附加阻尼控制器中的第三加法器的输入端正反馈连接，所述第二加法器的输出端与所述积分控制器的输入端连接；
所述积分控制器的输出端与所述电流矢量控制器中的派克反变换器的输入端相连；
所述派克变换器的输入信号包括：+Ut；
所述第一加法器的输入信号包括：+0；
所述第二加法器的输入信号还包括+ω0，其输出信号为+ω；
所述第一积分控制器的输出信号为θ；
其中，Ut为交流系统的公共连接点电压，utq为公共连接点的电压q轴分量，ω0为额定角频率，ω为锁相环输出角频率信号，ω＝ω0-kp_pll·utq-ki_pll∫utqdt；θ为锁相环输出相位信号，θ＝∫(ω0-kp_pll·utq-ki_pll∫utqdt)dt，kp_pll和ki_pll分别为锁相环比例积分控制器的比例和积分参数；
具体的，所述附加阻尼控制器，包括第三加法器和比例控制器；
所述第三加法器的输出端与所述比例控制器的输入端相连，所述比例控制器的输出端与所述电流矢量控制器中的第四加法器的输入端负反馈连接；
所述第三加法器的输入信号还包括-ω0；
所述比例控制器的的输出信号为Uk；
其中，Uk为交流电压附加阻尼分量，Uk＝Hd(ω-ω0)，Hd为比例控制器的比例系数，即附加电压阻尼控制的阻尼系数；ω0为额定角频率。
具体的，所述电流矢量控制器外环采用定有功功率与定交流电压幅值控制方式，包括第四加法器、外环定交流电压比例积分控制器、第五加法器、内环q轴比例积分控制器、第六加法器、第七加法器、外环定有功功率比例积分控制器、第八加法器、内环d轴比例积分控制器、第九加法器和派克反变换器；
所述第四加法器的输出端与所述外环定交流电压比例积分控制器的输入端相连；
所述外环定交流电压比例积分控制器的输出端与所述第五加法器的正反馈连接；
所述第五加法器的输出端与所述内环q轴比例积分控制器的输入端相连；
所述内环q轴比例积分控制器的输出端与第六加法器负反馈连接；
所述第七加法器的输出端与所述外环定有功功率比例积分控制器的输入端相连；
所述外环定有功功率比例积分控制器的输出正反馈至所述第八加法器；
所述第八加法器的输出端与所述内环d轴比例积分控制器的输入端相连；
所述内环d轴比例积分控制器的输出负反馈至所述第九加法器；
所述第六加法器的输出端和第九加法器的输出端分别与派克反变换器的输入端相连；
所述第四加法器的输入信号还包括-Uref和+Ut；
所述第五加法器的输入信号还包括-i2qm；
所述第六加法器的输入信号还包括+utqm和+ωLeqi2dm；
所述派克反变换器的输入信号还包括θ，其输出信号为Uref_abc；
所述第七加法器的输入信号还包括+Pref和-Pm；
所述第八加法器的输入信号还包括-i2dm；
所述第九加法器的输入信号还包括+utdm和-ωLeqi2qm；
其中，Uref为MMC外环定交流电压控制器的电压参考值，Ut为交流系统的公共连接点电压，i2qm为MMC换流站交流侧出口q轴电流分量测量值，utqm为公共连接点电压q轴分量测量值，ωLeqi2dm为d轴耦合项，Leq＝LT+Larm/2，LT为交流系统中联结变压器的等值损耗电感，Larm为MMC桥臂电感，ω为锁相环输出角频率信号；θ为锁相环输出相位信号，Uref_abc为电流矢量控制器的输出电压信号；i2dm为MMC换流站交流侧出口d轴电流分量测量值；utdm为公共连接点电压d轴分量测量值；ωLeqi2qm为q轴耦合项；Pref为MMC外环定有功功率控制器的参考值，Pm为MMC外环定有功功率控制器的测量值。
按下式确定电流矢量控制器输出值的d轴电压分量Ucd：
Ucd＝utdm-ωLeqi2qm-kp3(Idref-i2dm)-ki3∫(Idref-i2dm)dt
kp3为内环d轴比例积分控制器的比例系数；ki3为内环d轴比例积分控制器的积分系数；
按下式确定MMC内环控制器的d轴电流参考值Idref：
Idref＝kp4(Pref-Pm)+∫ki4(Pref-Pm)dt
kp4为MMC外环定有功功率比例积分控制器的比例系数，ki4为MMC外环定有功功率比例积分控制器的积分系数，Pref和Pm分别为MMC外环定有功功率控制器的参考值和测量值。
具体的，所述调制器，用于：
将所述电流矢量控制器的输出电压信号经过最近电平逼近调制生成MMC换流站的触发信号，利用所述MMC换流站的触发信号控制MMC换流站。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。