柔性直流输电系统的换流器控制方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及柔性直流输电，尤其涉及一种柔性直流输电系统的换流器控制方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、为实现双碳目标，需要大力发展风电等清洁可再生能源，其中，海上风电是风电资源的重要组成部分。海上风电输电可以分为直流输电和交流输电，由于直流输电在远距离大规模输电中的经济性与模块化多电平换流器的优秀换向特性，海上风电经柔性直流送出并网成为了发展趋势。

2、然而，海上风电场经柔直并网会对交流系统的频率稳定造成不利影响：旋转惯量小的新能源发电机组取代了旋转惯量大的同步发电机，将降低电网整体惯量；传统并网控制下的新能源电力电子装置无法为电网频率事件提供惯量支撑。传统跟网型控制由于通过跟随并网点的电压相角保持输出电压的相位，在受端电网发生波动时无法主动提供功率支撑。而由于新能源的大量入网，电力系统的惯性减弱，电网的频率不稳定的情况愈发频繁，构网型控制可以实现主动的参与电网的频率与有功支撑，因此随着新能源越来越多的入网，对新能源的调频与有功支撑的能力的要求越来越高，构网型控制得到了更多的应用。

3、目前，对于柔直受端换流站而言，为增强柔直系统弱电网运行能力，有研究提出将直流电压自同步控制与直流电压-有功功率下垂控制共同作用实现构网型控制。但是直流电压自同步控制策略提供的阻尼不足且无法提供充足的电压支撑，存在一定的不足。相较于直流电压-有功功率下垂控制，虚拟同步发电机控制具有更好的阻尼特性与电压的调节特性，但是虚拟同步发电机控制调节速度慢。

技术实现思路

1、本发明提供了一种柔性直流输电系统的换流器控制方法、装置、设备及介质，以解决现有的直流电压自同步控制策略提供的阻尼不足且无法提供充足的电压支撑，虚拟同步发电机控制调节速度慢的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种柔性直流输电系统的换流器控制方法，包括：

3、当监测到受端电网的电压和电流发生变化并且超出预设的电流电压正常阈值时，通过虚拟同步发电机控制的控制内环采集受端电网交流侧的三相电压和电流；

4、获取换流站的直流侧等效电容，根据所述直流侧等效电容，通过直流电压自同步控制对受端电网的有功功率进行调整；

5、将所采集的三相电压与电流转换为直流电压和电流，根据所述直流电压和电流以及受端电网调整后的有功功率，得到待输入虚拟同步发电机控制的控制外环的输入有功功率值和输入无功功率值；

6、将所述输入有功功率值和输入无功功率值输入所述控制外环，以使所述控制外环根据所述输入有功功率值和输入无功功率值，输出受端换流器需要补偿的有功功率值和无功功率值；

7、将所述有功功率值与无功功率值输入所述控制内环，以使所述控制内环中的pwm调制波发生器根据所述有功功率值与无功功率值，对受端电网的有功功率和无功功率进行调整，以使受端电网交流侧的电压和电流恢复至所述电流电压正常阈值内。

8、作为优选方案，所述根据所述输入有功功率值和输入无功功率值，输出受端换流器需要补偿的有功功率值和无功功率值，包括：

9、根据所述输入有功功率值、输入无功功率值以及预设的暂态电磁功率补偿值，输出受端换流器需要补偿的有功功率值和无功功率值；

10、其中，所述暂态电磁功率补偿值为：

11、

12、其中，为电磁功率的一阶滞后环节，pe为电磁功率。

13、作为优选方案，所述控制外环包括：有功-频率控制环和无功-电压控制环；

14、所述有功-频率控制环对应的模型为：

15、

16、p＝tω；

17、其中，te为发电机电磁转矩，tm为原动机机械转矩，p为受端换流站的有功功率，tω为发电机转子转速；

18、所述无功-电压控制环对应的模型为：

19、e＝e0+kq(q0-q)；

20、其中，e0、q0分别为虚拟同步发电机工作在额定工况下的机端电压以及输出的无功功率；e、q分别为虚拟同步发电机实际工作时的机端电压以及输出的无功功率；kq为无功-电压控制下垂系数。

21、作为优选方案，所述直流电压自同步控制的控制模型为：

22、δ＝∫2π(frec-fnom)dt；

23、

24、其中，pac为流入交流侧的交流有功，fnom为交流侧电网的额定频率为50hz，frec为交流侧电网的实际频率，uac为受端换流站输出的交流电压，uac.nom为受端换流站连接的受端电网的额定电压，δ为上述电压相角差，x为等效电抗。

25、在上述实施例的基础上，本发明另一实施例提供了一种柔性直流输电系统的换流器控制装置，包括：电压电流采集模块、有功功率调整模块、输入功率值计算模块、功率值输出模块以及功率调整模块；

26、所述电压电流采集模块，用于当监测到受端电网的电压和电流发生变化并且超出预设的电流电压正常阈值时，通过虚拟同步发电机控制的控制内环采集受端电网交流侧的三相电压和电流；

27、所述有功功率调整模块，用于获取换流站的直流侧等效电容，根据所述直流侧等效电容，通过直流电压自同步控制对受端电网的有功功率进行调整；

28、所述输入功率值计算模块，用于将所采集的三相电压与电流转换为直流电压和电流，根据所述直流电压和电流以及受端电网调整后的有功功率，得到待输入虚拟同步发电机控制的控制外环的输入有功功率值和输入无功功率值；

29、所述功率值输出模块，用于将所述输入有功功率值和输入无功功率值输入所述控制外环，以使所述控制外环根据所述输入有功功率值和输入无功功率值，输出受端换流器需要补偿的有功功率值和无功功率值；

30、所述功率调整模块，用于将所述有功功率值与无功功率值输入所述控制内环，以使所述控制内环中的pwm调制波发生器根据所述有功功率值与无功功率值，对受端电网的有功功率和无功功率进行调整，以使受端电网交流侧的电压和电流恢复至所述电流电压正常阈值内。

31、作为优选方案，所述根据所述输入有功功率值和输入无功功率值，输出受端换流器需要补偿的有功功率值和无功功率值，包括：

32、根据所述输入有功功率值、输入无功功率值以及预设的暂态电磁功率补偿值，输出受端换流器需要补偿的有功功率值和无功功率值；

33、其中，所述暂态电磁功率补偿值为：

34、

35、其中，为电磁功率的一阶滞后环节，pe为电磁功率。

36、作为优选方案，所述控制外环包括：有功-频率控制环和无功-电压控制环；

37、所述有功-频率控制环对应的模型为：

38、

39、p＝tω；

40、其中，te为发电机电磁转矩，tm为原动机机械转矩，p为受端换流站的有功功率，tω为发电机转子转速；

41、所述无功-电压控制环对应的模型为：

42、e＝e0+kq(q0-q)；

43、其中，e0、q0分别为虚拟同步发电机工作在额定工况下的机端电压以及输出的无功功率；e、q分别为虚拟同步发电机实际工作时的机端电压以及输出的无功功率；kq为无功-电压控制下垂系数。

44、作为优选方案，所述直流电压自同步控制的控制模型为：

45、δ＝∫2π(frec-fnom)dt；

46、

47、其中，pac为流入交流侧的交流有功，fnom为交流侧电网的额定频率为50hz，frec为交流侧电网的实际频率，uac为受端换流站输出的交流电压，uac.nom为受端换流站连接的受端电网的额定电压，δ为上述电压相角差，x为等效电抗。

48、在上述实施例的基础上，本发明又一实施例提供了一种电子设备，所述设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的柔性直流输电系统的换流器控制方法。

49、在上述实施例的基础上，本发明又一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述发明实施例所述的柔性直流输电系统的换流器控制方法。

50、相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

51、本发明提供了一种柔性直流输电系统的换流器控制方法，当监测到受端电网的电压和电流发生变化并且超出预设的电流电压正常阈值时，通过虚拟同步发电机控制的控制内环采集受端电网交流侧的三相电压和电流；获取换流站的直流侧等效电容，根据所述直流侧等效电容，通过直流电压自同步控制对输入受端电网的有功功率进行调整；将所采集的三相电压与电流转换为直流电压和电流，根据所述直流电压和电流以及受端电网调整后的有功功率，得到待输入虚拟同步发电机控制的控制外环的输入有功功率值和输入无功功率值；将所述输入有功功率值和输入无功功率值输入所述控制外环，以使所述控制外环根据所述输入有功功率值和输入无功功率值，输出受端换流器需要补偿的有功功率值和无功功率值；将所述有功功率值与无功功率值输入所述控制内环，以使所述控制内环pwm调制波发生器根据所述有功功率值与无功功率值，对受端电网的有功功率和无功功率进行调整，以使受端电网交流侧的电压和电流恢复至所述电流电压正常阈值内。

52、本发明通过将虚拟同步发电机控制和直流电压自同步控制进行结合，在受端换流站中加入直流电压自同步控制策略，使用换流站的直流侧等效电容实现同步发电机的等效，再通过采用虚拟同步发电机控制，用于柔性直流输电的受端换流站，实现对电力系统的频率与惯性支撑。