一种柔性直流输电系统抑制电压振荡的稳定控制方法与流程

本发明是关于一种柔性直流输电系统抑制电压振荡的稳定控制方法，属于柔性直流输电领域。

背景技术：

基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，mmc)的柔性直流输电技术(highvoltagedirectcurrent，hvdc)以其优越的性能在近来年得到快速发展，采用具有自关断能力的绝缘栅双极型晶体管(insulate-gatebipolartransistor,igbt)的换流站具有扩容增压方便、无器件动态和静态均压问题、交流电压谐波特性好以及高频电磁干扰小等优点，可以为弱交流电网提供电压和无功支撑，具有电网跨区异步互联功能。柔性直流工程已经从最初的两端工程逐渐发展至多端工程以及具有网孔结构的柔性直流电网工程。伴随着工程端数的增多以及网络架构的复杂，柔性直流工程的电压和功率等级得到大幅度提高，从最初单个站的20mw/35kv，已经发展至1500mw/500kv。

交流大电网是由大量发电机、线路、变电站以及用户负荷构成，发电机控制系统在原始网络结构和负荷下具有抑制系统电压振荡的功能。但是，随着网络结构的变化、负荷的变化以及电力电子装置的接入，原始发电机控制系统的参数可能对全网的电压不能起到较好地控制，从而导致发电机组在运行过程中存在低频振荡现象。电网的低频振荡会引起发电机组之间的低频振荡，导致发电机输出的有功功率低频振荡，此时发电机组转速来回调整，严重情况下可能导致发电机组轴系扭断，电网之间的联络线解列，降低电网的运行稳定性。交流电压和无功功率是表征交流电网有效运行的重要指标，两者之间相互关联、相互影响、相互耦合。当交流电网出现振荡之后，其表征现象是交流电压、交流电流、无功功率、有功功率和频率均可能存在振荡现象。考虑到交流电压和无功功率之间的相互影响和强耦合关系，一般只要能够抑制无功功率振荡，就能够抑制交流电压振荡。

为了抑制交流电压的振荡以及提高系统的运行稳定性，需要为柔性直流工程接入点提供一定的阻尼支撑，使柔直换流站输出的无功功率能够快速衰减交流电压的振荡分量。连接交流大电网的柔直换流站即可采用交流电压控制方法，也可以采用无功功率控制方法。交流电压控制方法是在柔直换流站控制系统的外环中反馈交流电压实际值，将其与交流电压参考值进行做差运算之后，产生无功电流的参考值，改变输出的无功功率，从而改变电压。无功功率控制方法是将接入点的实际无功功率反馈至柔直换流站的控制系统，与无功功率参考值做差运算之后，产生无功电流参考，进而改变输出的无功功率，通过调整无功功率参考值的大小，就能够做到交流电压连续平滑可调。上述两种控制方法在交流电网强度较大的时候均能够有效对交流电压进行控制，然而，当柔直换流站所接入的交流电网系统较弱时，单一的控制方法可能不能实现交流电压的稳定控制，存在振荡现象。例如交流大电网发电机组出现低频振荡后，全网功率可能也会发生低频振荡现象，柔直换流站若不能提供有效的正阻尼特性，则可能跟随大电网低频振荡，在某些场合下可能还会恶化低频振荡，增大振荡的幅值。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现交流电压稳定控制的柔性直流输电系统抑制电压振荡的稳定控制方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种柔性直流输电系统抑制电压振荡的稳定控制方法，其特征在于，包括以下内容：在柔性直流输电系统中柔直换流站控制系统外环的d轴控制通道和/或q轴控制通道配置交流电压稳定器；确定交流电压稳定器的增益系数和输出限幅值；获取确定增益系数和输出限幅值后交流电压稳定器的输出电流补偿值，将其叠加至柔直换流站控制系统外环的原始参考电流中，得到柔直换流站控制系统外环的参考电流；将该参考电流输出至柔直换流站控制系统的内环，完成柔性直流输电系统的电压振荡抑制。

进一步，确定交流电压稳定器的增益系数和输出限幅值，具体过程为：确定交流电压稳定器的输入量；在柔性直流输电系统中柔直换流站控制系统外环的d轴控制通道和/或q轴控制通道配置超前补偿器和滞后补偿器；提取经过超前补偿器和滞后补偿器后交流电压稳定器输入量的振荡分量；对提取的振荡分量进行放大或缩小操作，确定交流电压稳定器的增益系数；根据柔直换流站控制系统外环的原始参考电流，确定交流电压稳定器的输出限幅值。

进一步，所述交流电压稳定器的输入量为柔直换流站接入点的交流电压、电流、有功功率、无功功率或频率。

进一步，所述超前补偿器和滞后补偿器的配置参数均根据柔直换流站所接入的交流电网系统低频振荡的频率范围确定。

进一步，所述超前补偿器和滞后补偿器的配置参数均包括带宽、阻尼比系数和增益。

进一步，所述超前补偿器和滞后补偿器的配置参数均为1。

进一步，所述超前补偿器为带有隔离直流分量的超前补偿器。

进一步，所述超前补偿器采用高通滤波器、带通滤波器或陷波器。

进一步，所述滞后补偿器采用低通滤波器、带阻滤波器或陷波器。

进一步，所述交流电压稳定器的输出限幅值为额定值的5％。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明中在柔直换流站控制系统外环的d轴控制通道和/或q轴控制通道中配置交流电压稳定器，能够实现交流电压的稳定控制，交流电压稳定器具有灵活投入与切除的功能，交流电压稳定器在投入后具有快速电压振荡抑制性能，投入后不仅不会改变交流电压的稳态特性，也基本不会影响柔直换流站的动态和暂态响应特性。2、本发明中的交流电压稳定器无需额外硬件设，简单实用且易于实现，能够提高柔直换流站接入点的电压阻尼特性，抑制交流电网电压振荡，使得柔直换流站控制系统更加稳定运行，能够提高柔直换流站接入弱交流电网时的运行稳定性，具有降低交流电压低频振荡向柔直换流站传播的风险，同时抑制柔直换流站接入点的电压振荡，可以广泛应用于柔性直流输电领域中。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明方法中交流电压稳定器的配置示意图；

图3是本发明方法中超前补偿器的配置示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的柔性直流输电系统抑制电压振荡的稳定控制方法，包括以下步骤：

1)在柔性直流输电系统中柔直换流站控制系统外环的d轴控制通道和/或q轴控制通道配置交流电压稳定器，具体为：

柔性直流换流站的控制系统包括外环、内环和阀控三个控制环节，三者中阀控控制环节的响应速度最快，其次是内环控制环节，最后是控制环节。交流电网低频与柔性直流换流站控制系统的外环响应速度相当，如图2所示，将交流电压稳定器配置在柔直换流站控制系统的外环，交流电压稳定器产生补偿电流，并将其叠加至原始参考电流中形成新的参考电流，送至柔性直流换流站控制系统的内环中。

柔性直流换流站控制系统的外环存在两个控制通道，即d轴控制通道和q轴控制通道。交流电压稳定器可以配置在d轴控制通道，也可以配置在q轴控制通道，还可以d轴和q轴控制通道均配置。柔直换流站控制系统外环的d轴控制通道主要与有功功率有关，而q轴控制通道主要与无功功率有关。虽然交流电压既与有功功率和无功功率有关，也与频率有关，但是从影响大小来看，交流电压与无功功率的主导相关。因此，在交流电压稳定器的输入量、控制器架构、滞后补偿器的配置参数、增益系数和限幅值等因素一样时，配置在q轴控制通道的效果强于配置在d轴控制通道的效果，d轴控制通道和q轴控制通道均配置的效果强于单独配置在q轴控制通道的效果，配置控制通道如图2所示。

2)确定交流电压稳定器的输入量，其中，交流电压稳定器的输入量为柔直换流站接入点的交流电压、电流、有功功率、无功功率和频率中的任意一个。考虑无功功率振荡与交流电压振荡呈现比较强的耦合关系，交流电压稳定器的输入量优先选择柔直换流站接入点的无功功率或交流电压。在弱交流电网情况下，交流电压稳定器的输入量可进一步优先选择柔直换流站接入点的交流电压。如果要抑制振荡，必须知道是否有振荡，交流电压稳定器的输入量是实际采集的物理量，可能包含振荡，该输入量的作用是为了提供振荡分量，可以根据具体情况进行设定。

3)考虑交流电压稳定器在稳态情况下不能引入直流分量，在柔性直流输电系统中柔直换流站控制系统外环的d轴控制通道和/或q轴控制通道配置带有隔离直流分量的超前补偿器，并根据柔直换流站所接入的交流电网系统低频振荡的频率范围，确定超前补偿器的配置参数，其中，超前补偿器可以采用高通滤波器、带通滤波器或陷波器等，超前补偿器的配置参数包括带宽、阻尼比系数和增益，一般默认为1。

交流电压稳定器不能在稳态时引入直流分量而改变了外环积分器的输出值，通过交流电压稳定器后的输入信号须经过带有隔离直流分量的超前补偿器，包括不限于高通滤波器、带通滤波器、陷波器；交流电压稳定器不能对动态和暂态特性有较大的影响，因此必须要取合适的增益以及进行限幅处理，交流电压稳定器的实现方式如图3所示，考虑到d轴通道和q轴通道对低频振荡抑制能力不同，稳定器参数的配置、增益大小、限幅值大小也可能不同。

4)考虑实际柔直换流站控制系统的延时，超前补偿器可能引入高频分量，为了不将高频分量引入交流电压稳定器，在柔性直流输电系统中柔直换流站控制系统外环的d轴控制通道和/或q轴控制通道配置滞后补偿器，并根据柔直换流站所接入的交流电网系统低频振荡的频率范围，确定滞后补偿器的配置参数，其中，滞后补偿器可以采用低通滤波器、带阻滤波器或陷波器等，滞后补偿器的配置参数包括带宽、阻尼比系数和增益，一般默认为1。

5)提取经过超前补偿器和滞后补偿器后交流电压稳定器输入量的振荡分量，交流电压稳定器的输入量经过超前补偿器和滞后补偿器后，输出的物理量即为提取的振荡分量。

6)根据提取的振荡分量，确定交流电压稳定器的增益系数，具体为：

需要对提取的振荡分量进行放大或缩小操作，以确定交流电压稳定器的增益系数，增益系数的确定既要考虑能够将振荡进行抑制，也要考虑不引入其它频率的振荡，是交流电压稳定器参数配置的重难点。

7)根据柔直换流站控制系统外环的原始参考电流，确定交流电压稳定器的输出限幅值，具体为：

在柔直换流站控制系统中配置交流电压稳定器是一种附加补偿和控制方法，为了不引入其它问题，经过上述步骤后，还需要对交流电压稳定器的输出值进行限幅，确保柔直换流站控制系统在动态和暂态过程中不会因为交流电压稳定器的输出太大而对原始动态和暂态响应特性有较大得影响，限幅值的大小既要保证能够在稳态情况下交流电压稳定器的输出不被限制，又要保证柔直换流站控制系统在动态和暂态过程中不改变原始参考电流的某一比值，优选地，交流电压稳定器的输出限幅值可以为额定值的5％，若柔直换流站控制系统振荡较大，可以适当放开输出限幅值，但是不推荐超过额定值的10％。

7)获取确定增益系数和输出限幅值后交流电压稳定器的输出电流补偿值，将其叠加至柔直换流站控制系统外环的原始参考电流中，得到加入交流电压稳定器后柔直换流站控制系统外环的参考电流。

8)将该参考电流输出至柔直换流站控制系统的内环，参考电流存在振荡，经过内环后柔直换流站控制系统会输出反向的振荡分量，能够抵消电网的实际振荡，进而完成柔性直流输电系统的电压振荡抑制。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。