一种双极海上风电柔性直流并网系统的控制系统及方法与流程

本发明属于海上风电与柔性直流输电，具体涉及一种双极海上风电柔性直流并网系统的控制系统及方法。

背景技术：

1、近年来，由于能源需求快速增长和陆上能源开发受限，海上风电技术已逐渐成为实现能源转型的重要手段，随着海上风电建设规模的日益扩大，开展海上风电高效接入电网技术也成为新能源技术应用和发展的关键一环。柔性直流输电技术相比于交流输电，在长距离输电、新能源消纳、成本控制等方面有一定优势，因此海上风电经柔直送出将成为未来风电消纳的重要途径。

2、目前海上风电通过柔性直流并网的工程通常采用对称单极系统拓扑，通过海上换流站、正极与负极两根直流电缆将海上风电输送至陆上换流站，继而并入大电网。随着海上风电场容量的增大，对称单极系统拓扑已不能满足相应的功率传输需求。因此，双极拓扑是解决未来大容量海上风电送出的柔性直流系统接线方式。在海上风电应用场景下，海上侧换流器通常采用定交流电压-频率的控制策略，若正极换流器与负极换流器同时控制交流电压与频率，则二者的交互作用容易导致不稳定，而且两极之间的偏差也容易导致二者功率传输的不一致，容易导致其中一极过载。

3、目前的换流器控制方法中，对主换流器采用定交流电压-频率控制，从换流器采用定有功功率-无功功率控制，但正负极两个换流器的控制结构差异较大，主换流器退出时，从换流器控制模式的切换可能带来较大的暂态应力。还有对正负极换流器均采用电压-频率下垂控制，通过下垂特性曲线实现双极换流器的协调运行，但下垂控制本质为有差控制，其系统电压、频率长期偏离额定运行值。因此，需要设计一种在不影响系统运行的前提下，实现海上侧双极换流器稳定运行的控制技术方案。

技术实现思路

1、为克服上述相关技术中存在的问题，本技术提供一种双极海上风电柔性直流并网系统的控制系统及方法。

2、根据本技术实施例的第一方面，提供一种双极海上风电柔性直流并网系统的控制系统，包括：交流母线电压集中控制器，以及与所述交流母线电压集中控制器分别连接的正极换流器电流控制器和负极换流器电流控制器；

3、所述交流母线电压集中控制器，用于利用海上侧交流母线三相电压uabc，获取分配给正极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令以及分配给负极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令；

4、所述正极换流器电流控制器，用于利用分配给正极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令获取正极换流器的三相调制电压v1ref_abc，并将所述正极换流器的三相调制电压v1ref_abc传递至正极换流器的阀级控制；

5、所述负极换流器电流控制器，用于利用分配给负极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令获取负极换流器的三相调制电压v2ref_abc，并将所述负极换流器的三相调制电压v2ref_abc传递至负极换流器的阀级控制。

6、优选的，所述交流母线电压集中控制器包括：频率控制模块、交流电压控制模块、正序电压控制模块、负序电压控制模块和电流指令分配模块；

7、所述频率控制模块，用于利用预设频率fset，获取正序变换角度θpos和负序变换角度θneg；

8、所述交流电压控制模块，用于基于海上侧交流母线三相电压uabc、正序变换角度θpos和负序变换角度θneg，利用正负序分离算法和坐标变换，获取正序交流电压d轴分量ud_pos、正序交流电压q轴分量uq_pos、负序电压d轴的分量ud_neg和负序电压q轴的分量uq_neg；

9、所述正序电压控制模块，用于利用正序电压d轴的参考值udref_pos与正序交流电压d轴分量ud_pos获取正序电流控制器d轴的参考值idref_pos，以及利用正序电压q轴的参考值uqref_pos与正序交流电压q轴分量uq_pos获取正序电流控制器q轴的参考值iqref_pos；

10、所述负序电压控制模块，用于利用负序电压d轴的参考值udref_neg与负序电压d轴的分量ud_neg获取负序电流控制器d轴的参考值idref_neg，以及利用负序电压q轴的参考值uqref_neg与负序电压q轴的分量uq_neg获取负序电流控制器q轴的参考值iqref_neg；

11、所述电流指令分配模块，用于利用正序电流控制器d轴的参考值idref_pos获取分配给正极换流器的d轴正序电流指令i1dref_pos和分配给负极换流器的d轴正序电流指令i2dref_pos，利用正序电流控制器q轴的参考值iqref_pos获取分配给正极换流器的q轴正序电流指令i1qref_pos和分配给负极换流器的q轴正序电流指令i2qref_pos，利用负序电流控制器d轴的参考值idref_neg获取分配给正极换流器的d轴负序电流指令i1dref_neg和分配给负极换流器的d轴负序电流指令i2dref_neg，利用负序电流控制器q轴的参考值iqref_neg获取分配给正极换流器的q轴负序电流指令i1qref_neg和分配给负极换流器的q轴负序电流指令i2qref_neg。

12、优选的，所述正极换流器电流控制器，包括：第一获取模块、第一正序电流控制模块、第一负序电流控制模块和第一叠加模块；

13、所述第一获取模块，用于基于正极换流器输出电流i1abc、正序变换角度θpos和负序变换角度θneg，利用正负序分离算法和坐标变换，获取正序电流的d轴分量i1d_pos、正序电流的q轴分量i1q_pos、负序电流的d轴分量i1d_neg和负序电流的q轴分量i1q_neg；

14、所述第一正序电流控制模块，用于基于分配给正极换流器的d轴正序电流指令i1dref_pos、分配给正极换流器的q轴正序电流指令i1qref_pos、正序电流的d轴分量i1d_pos和正序电流的q轴分量i1q_pos，利用闭环反馈控制方法和坐标变换获取正极换流器正序调制电压v1ref_pos；

15、所述第一负序电流控制模块，用于基于分配给正极换流器的d轴负序电流指令i1dref_neg、分配给正极换流器的q轴负序电流指令i1qref_neg、负序电流的d轴分量i1d_neg和负序电流的q轴分量i1q_neg，利用闭环反馈控制方法和坐标变换获取正极换流器负序调制电压v1ref_neg；

16、所述第一叠加模块，用于将所述正极换流器正序调制电压v1ref_pos和正极换流器负序调制电压v1ref_neg进行叠加，得到正极换流器的三相调制电压v1ref_abc，并将所述正极换流器的三相调制电压v1ref_abc传递至正极换流器的阀级控制。

17、优选的，所述负极换流器电流控制器，包括：第二获取模块、第二正序电流控制模块、第二负序电流控制模块和第二叠加模块；

18、所述第二获取模块，用于基于正极换流器输出电流i2abc、正序变换角度θpos和负序变换角度θneg，利用正负序分离算法和坐标变换，获取正序电流的d轴分量i2d_pos、正序电流的q轴分量i2q_pos、负序电流的d轴分量i2d_neg和负序电流的q轴分量i2q_neg；

19、所述第二正序电流控制模块，用于基于分配给负极换流器的d轴正序电流指令i2dref_pos、分配给负极换流器的q轴正序电流指令i2qref_pos、正序电流的d轴分量i2d_pos和正序电流的q轴分量i2q_pos，利用闭环反馈控制方法和坐标变换获取负极换流器正序调制电压v2ref_pos；

20、所述第二负序电流控制模块，用于基于分配给负极换流器的d轴负序电流指令i2dref_neg、分配给负极换流器的q轴负序电流指令i2qref_neg、负序电流的d轴分量i2d_neg和负序电流的q轴分量i2q_neg，利用闭环反馈控制方法和坐标变换获取负极换流器负序调制电压v2ref_neg；

21、所述第二叠加模块，用于将所述换流器正序调制电压v2ref_pos和换流器负序调制电压v2ref_neg进行叠加，得到负极换流器的三相调制电压v2ref_abc，并将所述负极换流器的三相调制电压v2ref_abc传递至换流器的阀级控制。

22、优选的，所述频率控制模块，具体用于：

23、将预设频率fset转换为角频率wset；

24、对所述角频率wset进行积分得到正序变换角度θpos；

25、对所述正序变换角度θpos取反得到负序变换角度θneg；

26、将所述正序变换角度θpos和负序变换角度θneg输出至交流电压控制模块、正极换流器电流控制器和负极换流器电流控制器。

27、优选的，所述交流电压控制模块，具体用于：

28、采集海上侧交流母线三相电压uabc；

29、基于所述海上侧交流母线三相电压uabc，利用正负序分离算法，得到与所述海上侧交流母线三相电压uabc对应的正序的交流电压和负序交流电压；

30、基于与所述海上侧交流母线三相电压uabc对应的正序交流电压和正序变换角度θpos，利用坐标变换得到正序交流电压d轴分量ud_pos和正序交流电压q轴分量uq_pos；

31、基于与所述海上侧交流母线三相电压uabc对应的负序交流电压和负序变换角度θneg，利用坐标变换得到负序电压d轴的分量ud_neg和负序电压q轴的分量uq_neg。

32、优选的，所述正序电压控制模块，具体用于：

33、将正序电压d轴的参考值udref_pos与正序交流电压d轴分量ud_pos进行闭环反馈控制后输出至比例积分控制器，得到正序电流控制器d轴的参考值idref_pos；

34、将正序电压q轴的参考值uqref_pos与正序交流电压q轴分量uq_pos进行闭环反馈控制后输出至比例积分控制器，得到正序电流控制器q轴的参考值iqref_pos。

35、优选的，所述负序电压控制模块，具体用于：

36、将负序电压d轴的参考值udref_neg与负序电压d轴的分量ud_neg进行闭环反馈控制后输出至比例积分控制器，得到负序电流控制器d轴的参考值idref_neg；

37、将负序电压q轴的参考值uqref_neg与负序电压q轴的分量uq_neg进行闭环反馈控制后输出至比例积分控制器，得到负序电流控制器q轴的参考值iqref_neg。

38、优选的，所述电流指令分配模块，具体用于：

39、利用正序电流控制器d轴的参考值idref_pos计算得到分配给正极换流器的d轴正序电流指令i1dref_pos；

40、利用正序电流控制器q轴的参考值iqref_pos计算得到分配给正极换流器的q轴正序电流指令i1qref_pos；

41、利用负序电流控制器d轴的参考值idref_neg计算得到分配给正极换流器的d轴负序电流指令i1dref_neg；

42、利用负序电流控制器q轴的参考值iqref_neg计算得到分配给正极换流器的q轴负序电流指令i1qref_neg；

43、利用正序电流控制器d轴的参考值idref_pos计算得到分配给负极换流器的d轴正序电流指令i2dref_pos；

44、利用正序电流控制器q轴的参考值iqref_pos计算得到分配给负极换流器的q轴正序电流指令i2qref_pos；

45、利用负序电流控制器d轴的参考值idref_neg计算得到分配给负极换流器的d轴负序电流指令i2dref_neg；

46、利用负序电流控制器q轴的参考值iqref_neg计算得到分配给负极换流器的q轴负序电流指令i2qref_neg。

47、优选的，按下式确定分配给正极换流器的d轴正序电流指令i1dref_pos：

48、i1dref_pos＝m*idref_pos

49、按下式确定分配给正极换流器的q轴正序电流指令i1qref_pos：

50、i1qref_pos＝m*iqref_pos

51、按下式确定分配给正极换流器的d轴负序电流指令i1dref_neg：

52、i1dref_neg＝m*idref_neg

53、按下式确定分配给正极换流器的q轴负序电流指令i1qref_neg：

54、i1qref_neg＝m*iqref_neg

55、按下式确定分配给负极换流器的d轴正序电流指令i2dref_pos：

56、i2dref_pos＝n*idref_pos

57、按下式确定分配给负极换流器的q轴正序电流指令i2qref_pos：

58、i2qref_pos＝n*iqref_pos

59、按下式确定分配给负极换流器的d轴负序电流指令i2dref_neg：

60、i2dref_neg＝n*idref_neg

61、按下式确定分配给负极换流器的q轴负序电流指令i2qref_neg：

62、i2qref_neg＝n*iqref_neg

63、上式中，m+n＝1。

64、优选的，所述第一获取模块，具体用于：

65、采集正极换流器输出电流i1abc；

66、基于所述正极换流器输出电流i1abc，利用正负序分离算法，得到与所述正极换流器输出电流i1abc对应的正序的交流电压和负序交流电压；

67、基于与所述正极换流器输出电流i1abc对应的正序交流电压和正序变换角度θpos，利用坐标变换得到正序电流的d轴分量i1d_pos和正序电流的q轴的分量i1q_pos；

68、基于与所述正极换流器输出电流i1abc对应的负序交流电压和负序变换角度θneg，利用坐标变换得到负序电流的d轴分量i1d_neg和负序电流的q轴的分量i1q_neg。

69、优选的，所述第一正序电流控制模块，具体用于：

70、将分配给正极换流器的d轴正序电流指令i1dref_pos、分配给正极换流器的q轴正序电流指令i1qref_pos、正序电流的d轴分量i1d_pos和正序电流的q轴的分量i1q_pos进行闭环反馈控制，得到正序调制电压的d轴分量v1dref_pos和正序调制电压的q轴分量v1qref_pos；

71、基于正序变换角度θpos，利用比例积分控制器对正序调制电压的d轴分量v1dref_pos和正序调制电压的q轴分量v1qref_pos进行坐标变换，得到正极换流器正序调制电压v1ref_pos。

72、优选的，所述第一负序电流控制模块，具体用于：

73、将分配给正极换流器的d轴负序电流指令i1dref_neg、分配给正极换流器的q轴负序电流指令i1qref_neg、负序电流i1d_neg的d轴分量和负序电流的q轴的分量i1q_neg进行闭环反馈控制，得到负序调制电压的d轴分量v1dref_neg和负序调制电压的q轴分量v1qref_neg；

74、基于负序变换角度θneg，利用比例积分控制器对负序调制电压的d轴分量v1dref_neg和负序调制电压的q轴分量v1qref_neg进行坐标变换，得到正极换流器负序调制电压v1ref_neg。

75、优选的，所述第二获取模块，具体用于：

76、采集正极换流器输出电流i2abc；

77、基于所述正极换流器输出电流i2abc，利用正负序分离算法，得到与所述正极换流器输出电流i2abc对应的正序的交流电压和负序交流电压；

78、基于与所述正极换流器输出电流i2abc对应的正序交流电压和正序变换角度θpos，利用坐标变换得到正序电流的d轴分量i2d_pos和正序电流的q轴的分量i2q_pos；

79、基于与所述正极换流器输出电流i2abc对应的负序交流电压和负序变换角度θneg，利用坐标变换得到负序电流的d轴分量i2d_neg和负序电流的q轴的分量i2q_neg。

80、优选的，所述第二正序电流控制模块，具体用于：

81、将分配给负极换流器的d轴正序电流指令i2dref_pos、分配给负极换流器的q轴正序电流指令i2qref_pos、正序电流的d轴分量i2d_pos和正序电流的q轴分量i2q_pos进行闭环反馈控制，得到正序调制电压的d轴分量v2dref_pos和正序调制电压的q轴分量v2qref_pos；

82、基于正序变换角度θpos，利用比例积分控制器对正序调制电压的d轴分量v2dref_pos和正序调制电压的q轴分量v2qref_pos进行坐标变换，得到负极换流器正序调制电压v2ref_pos。

83、优选的，所述第二负序电流控制模块，具体用于：

84、将分配给负极换流器的d轴负序电流指令i2dref_neg、分配给负极换流器的q轴负序电流指令i2qref_neg、负序电流的d轴分量i2d_neg和负序电流的q轴的分量i2q_neg进行闭环反馈控制，得到负序调制电压的d轴分量v2dref_neg和负序调制电压的q轴分量v2qref_neg；

85、基于负序变换角度θneg，利用比例积分控制器对负序调制电压的d轴分量v2dref_neg和负序调制电压的q轴分量v2qref_neg进行坐标变换，得到负极换流器负序调制电压v2ref_neg。

86、根据本技术实施例的第二方面，提供一种双极海上风电柔性直流并网系统的控制方法，包括：

87、利用海上侧交流母线三相电压uabc，获取分配给正极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令以及分配给负极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令；

88、利用分配给正极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令获取正极换流器的三相调制电压v1ref_abc，并将所述正极换流器的三相调制电压v1ref_abc传递至正极换流器的阀级控制；

89、利用分配给负极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令获取负极换流器的三相调制电压v2ref_abc，并将所述负极换流器的三相调制电压v2ref_abc传递至负极换流器的阀级控制。

90、根据本技术实施例的第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

91、所述处理器，用于存储一个或多个程序；

92、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的双极海上风电柔性直流并网系统的控制方法。

93、根据本技术实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的双极海上风电柔性直流并网系统的控制方法。

94、本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

95、本发明提供一种双极海上风电柔性直流并网系统的控制系统及方法，通过交流母线电压集中控制器利用海上侧交流母线三相电压uabc，获取分配给正极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令以及分配给负极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令，通过正极换流器电流控制器利用分配给正极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令获取正极换流器的三相调制电压v1ref_abc，并将正极换流器的三相调制电压v1ref_abc传递至正极换流器的阀级控制，通过负极换流器电流控制器利用分配给负极换流器的dq轴正序电流指令和dq轴负序电流指令获取负极换流器的三相调制电压v2ref_abc，并将负极换流器的三相调制电压v2ref_abc传递至负极换流器的阀级控制，实现了正极换流器和负序换流器共同对双极系统海上侧交流电压-频率的稳定控制，保证了正极换流器和负极换流器运行时的功率平衡，并且当某一极换流器退出时，无需切换控制结构，减小了系统运行变化时的扰动，确保了双极海上风电柔性直流并网系统稳定运行。