用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法、装置及介质与流程

本发明涉及混合级联直流输电系统，特别是关于一种用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法、装置及介质。

背景技术：

1、混合级联直流输电系统是近年来在电力系统中出现的新型输电架构。

2、图1示意了相关技术中的混合级联直流系统的拓扑结构。整流站由2组12脉动lcc串联构成，逆变站由1组12脉动lcc和vsc并联组(vsc)串联构成，vsc并联组由3个半桥型vsc并联构成。直流输电系统的电压等级为±800kv，交流侧母线的电压等级为500kv。直流输送功率为4000mw，其中逆变侧lcc承担400kv/2000mw的输送功率，3个mmc(模块化多电平换流器)分别承担400kv/667mw的输送功率。

3、混合级联直流输电区别于传统的基于电网换相换流器的高压直流系统lcc-hvdc和基于电压源换流器的高压直流输电系统vsc-hvdc，由于结合了两种直流系统各自的优点，混合级联直流输电兼备了lcc-hvdc的传输距离远、传输功率大、损耗及造价低以及vsc-hvdc稳定性和可靠性好，灵活可控的特性，已经成为直流输电技术的重要发展方向。

4、然而，本申请的发明人在研究中发现，混合级联直流输电系统，可能遭遇故障电流引起的稳定问题，逆变侧lcc交流系统故障往往会导致lcc发生换相失败，lcc电压跌落至0，高端lcc直通后直流大电流对低端vsc的子模块电容进行充电，导致vsc过压，如无任何保护措施，vsc阀很快超过器件的耐压限流水平，当直流故障电压超过正常运行值的1.1倍，直流故障电流超过正常运行值的2倍时，故障将对vsc阀组造成永久性破坏，危及混合级联直流的安全稳定运行，为保护vsc阀，直流系统将闭锁，从而造成传输功率中断。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法，采用虚拟阻抗控制器来解决混合级联直流系统逆变侧lcc和vsc串联运行时在受端交流系统短路故障下引起的vsc阀过电流问题。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、第一方面，本申请提供一种用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法，所述方法包括：内环控制、外环控制以及引入的虚拟阻抗控制；

4、所述外环控制，根据输入信号和输入信号参考值，将输出输入到所述内环控制；

5、所述内环控制，接入所述引入的虚拟阻抗控制，并经过pwm调制得到输出的调控电压。

6、在本申请的一种实现方式中，所述外环控制，采用定功率控制方式，所述外环控制的输入信号为直流功率pdc，所述输入信号参考值为直流功率参考值pref,dc。

7、在本申请的一种实现方式中，所述内环控制，将外环控制输出的参考电流的dq轴分量iref,d和iref,q作为内环电流控制的输入信号；并考虑耦合项ωbltid、ωbltiq和usd、usq对dq轴电流分量的影响，其中，id和iq为公共连接点dq轴电流分量，lt是交流侧等值电感，ωb是交流侧的基准频率，usd、usq为公共连接点dq轴电压分量。

8、在本申请的一种实现方式中，所述内环控制，引入所述虚拟阻抗控制附加的δusd和δusq，分别输入电压ucref,d和ucref,q，再经过pwm调制得到换流器的交流侧等效输出电压ucd和ucq。

9、在本申请的一种实现方式中，所述虚拟阻抗控制，采集vsc侧直流电流信号idc，经过一个滤波环节再经过虚拟电阻后输出附加的δusd和δusq。

10、在本申请的一种实现方式中，所述虚拟电阻包括δusd和δusq对应的zvd和zvq。

11、在本申请的一种实现方式中，所述虚拟电阻的计算，根据所述内环控制的传递函数得到。

12、在本申请的一种实现方式中，所述虚拟电阻的计算公式，包括：

13、zvd＝kz×ud/id

14、zvq＝kz×uq/iq

15、其中，zvd为d轴虚拟分阻抗，zvq为q轴虚拟分阻抗，ud为交流电压d轴分量，uq为交流电压q轴分量，id为交流电流d轴分量，iq为交流电流q轴分量；kz为调节系数。

16、第二方面，本申请提供一种用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制装置，所述装置包括：内环控制模块、外环控制模块以及引入的虚拟阻抗控制模块；

17、所述外环控制模块，根据输入信号和输入信号参考值，将输出输入到所述内环控制模块；

18、所述内环控制模块，接入所述引入的虚拟阻抗控制模块的输出，并经过pwm调制得到输出的调控电压。

19、第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述第一方面所述的用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法。

20、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明申请方案中的控制方法包括：内环控制、外环控制以及引入的虚拟阻抗控制；其中，外环控制，根据输入信号和输入信号参考值，将输出输入到内环控制，而内环控制，接入引入的虚拟阻抗控制，并经过pwm调制得到输出的调控电压，从而实现作为限流控制器，在混合级联直流中进行应用，可以解决当逆变侧为lcc与vsc串联运行时在受端交流系统短路故障下引起的vsc阀过电流问题。

技术特征：

1.一种用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法，其特征在于，所述方法包括：内环控制、外环控制以及引入的虚拟阻抗控制；

2.根据权利要求1所述的用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法，其特征在于，所述外环控制，采用定功率控制方式，所述外环控制的输入信号为直流功率pdc，所述输入信号参考值为直流功率参考值pref,dc。

3.根据权利要求2所述的用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法，其特征在于，所述内环控制，将外环控制输出的参考电流的dq轴分量iref,d和iref,q作为内环电流控制的输入信号；并考虑耦合项ωbltid、ωbltiq和usd、usq对dq轴电流分量的影响，其中，id和iq为公共连接点dq轴电流分量，lt是交流侧等值电感，ωb是交流侧的基准频率，usd、usq为公共连接点dq轴电压分量。

4.根据权利要求3所述的用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法，其特征在于，所述内环控制，引入所述虚拟阻抗控制附加的δusd和δusq，分别输入电压ucref,d和ucref,q，再经过pwm调制得到换流器的交流侧等效输出电压ucd和ucq。

5.根据权利要求4所述的用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法，其特征在于，所述虚拟阻抗控制，采集vsc侧直流电流信号idc，经过一个滤波环节再经过虚拟电阻后输出附加的δusd和δusq。

6.根据权利要求5所述的用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法，其特征在于，所述虚拟电阻包括δusd和δusq对应的zvd和zvq。

7.根据权利要求6所述的用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法，其特征在于，所述虚拟电阻的计算，根据所述内环控制的传递函数得到。

8.根据权利要求7所述的用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法，其特征在于，所述虚拟电阻的计算公式，包括：

9.一种用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制装置，其特征在于，所述装置包括：内环控制模块、外环控制模块以及引入的虚拟阻抗控制模块；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至8任一项所述的用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法。

技术总结
本发明涉及一种用于混合级联直流系统的虚拟阻抗控制方法，所述方法包括：内环控制、外环控制以及引入的虚拟阻抗控制；所述外环控制，根据输入信号和输入信号参考值，将输出输入到所述内环控制；所述内环控制，接入所述引入的虚拟阻抗控制，并经过PWM调制得到输出的调控电压。本发明采用虚拟阻抗控制器来解决混合级联直流系统逆变侧LCC和VSC串联运行时在受端交流系统短路故障下引起的VSC阀过电流问题。

技术研发人员：赵峥,李探,滕尚甫,郑宽,徐莹,邹铁锐
受保护的技术使用者：国网经济技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16