降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略。柔性直流輸電換流閥是模塊化多電平電壓源型換流閥。通過環(huán)流控制策略，在換流閥基波電流及直流分量基礎上疊加二倍頻環(huán)流分量，此二倍頻環(huán)流分量是由環(huán)流控制策略生成的幅值和相角分別可控的環(huán)流分量或根據需要不使能環(huán)流控制時引入的自然環(huán)流，可降低換流閥電流峰值，尤其是降低交流側故障后橋臂電流峰值，使其不超過橋臂過流保護限值，提高柔性直流輸電系統交流故障穿越能力。本發(fā)明原理簡單、思路清晰，易于實現。
【專利說明】降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于柔性直流輸電系統控制【技術領域】，尤其涉及一種柔性直流輸電系統中 可降低閥電流峰值的環(huán)流控制策略。

【背景技術】
[0002] 柔性直流輸電系統指的是基于電壓源換流器（Volatge Source Converter, VSC) 的高壓直流輸電系統（HVDC)，具有可同時獨立調節(jié)有功功率和無功功率、不存在換相失敗 問題、可向無源系統供電、諧波水平低等優(yōu)點，主要應用于風電并網、孤島供電、異步聯網等 領域，是高壓直流輸電領域的研究熱點和發(fā)展方向。
[0003] 隨著柔性直流工程向超高電壓，超大功率發(fā)展，閥組能力發(fā)揮到接近極限。交流側 電壓跌落時，會引起換流閥過流，因此，可能會觸發(fā)保護，使換流器閉鎖甚至跳閘，降低了柔 性直流輸電系統的供電可靠性。目前，主要依靠換流閥電流控制來抑制故障電流的上升，但 由于采樣延時、控制器計算和通訊的延時，出現故障的瞬間，橋臂電流峰值的過流還是會導 致保護電路動作。
[0004] 為提高柔性直流輸電系統交流低電壓故障的穿越能力，本發(fā)明提出了一種降低柔 性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，通過環(huán)流控制策略降低換流閥的電流峰值， 尤其是降低交流側故障后橋臂電流的峰值，使其不超過橋臂過流保護限值，提高柔性直流 輸電系統穿越交流低電壓故障的能力。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種全新的降低柔性直流輸電換流閥的環(huán)流控制策略，以提 高柔性直流輸電系統交流低電壓故障的穿越能力。
[0006] 為實現上述目的，本發(fā)明采用的方案是：
[0007] -種降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，所述柔性直流輸電換流 閥是模塊化多電平電壓源型換流閥，所述環(huán)流控制策略，是在換流閥基波電流及直流分量 基礎上疊加二倍頻環(huán)流分量，此二倍頻環(huán)流分量是由環(huán)流控制策略生成的幅值和相角分別 可控的環(huán)流分量或根據需要不使能環(huán)流控制時引入的自然環(huán)流，可降低換流閥電流峰值， 尤其是降低交流側故障后橋臂電流峰值，使其不超過橋臂過流保護限值，提高柔性直流輸 電系統交流故障穿越能力。
[0008] 所述幅值和相角分別可控的環(huán)流控制策略由環(huán)流外環(huán)控制和環(huán)流內環(huán)控制兩部 分組成。
[0009] 所述環(huán)流外環(huán)控制是由柔性直流輸電系統交流側有功功率、無功功率和換流閥目 標電流峰值按環(huán)流參考值算法計算得到dq軸環(huán)流參考值。
[0010] 所述環(huán)流內環(huán)控制由dq軸環(huán)流參考值得到ABC三相環(huán)流電壓參考值。
[0011] 與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0012] (1)本發(fā)明提供的降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，可降低滿 功率和輕度過載時的換流閥電流峰值，降低了柔性直流輸電系統交流側電壓跌落故障時的 換流閥電流峰值，以提高柔性直流輸電系統的交流低電壓故障的穿越能力。
[0013] (2)本發(fā)明提供的降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，原理簡單、 思路清晰，便于實現。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1環(huán)流控制策略原理。
[0015] 圖2環(huán)流可控的柔性直流輸電控制框圖。
[0016] 圖3環(huán)流外環(huán)控制框圖。
[0017] 圖4環(huán)流內環(huán)控制框圖。
[0018] 圖5B相下橋臂電流波形。
[0019] 圖6有功功率波形。

【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明。
[0021] 本發(fā)明的環(huán)流控制策略原理如圖1所示。圖中曲線1為無環(huán)流時換流閥電流，曲 線2和曲線3分別為不使能環(huán)流控制時的自然環(huán)流和換流閥電流，曲線4和曲線5分別為 通過控制策略注入的幅值與相角分別可控的環(huán)流和注入可控環(huán)流后的換流閥電流。從圖中 曲線5可以看出通過環(huán)流控制，降低了換流閥電流峰值，因而可提高柔性直流輸電系統交 流低電壓故障的穿越能力。所述柔性直流輸電換流閥是模塊化多電平電壓源型換流閥，所 述環(huán)流控制策略，是在換流閥基波電流及直流分量基礎上疊加二倍頻環(huán)流分量，此二倍頻 環(huán)流分量是由環(huán)流控制策略生成的幅值和相角分別可控的環(huán)流分量或根據需要不使能環(huán) 流控制時引入的自然環(huán)流。疊加二倍頻環(huán)流分量后，可降低換流閥的電流峰值，尤其是降低 交流側故障后橋臂的電流峰值，使其不超過橋臂過流保護限值，因而可提高柔性直流輸電 系統交流低電壓故障的穿越能力。所述環(huán)流控制策略由環(huán)流外環(huán)控制和環(huán)流內環(huán)控制兩部 分組成，實現環(huán)流的幅值和相角的分別可控，進而控制環(huán)流與換流閥基波電流疊加后的換 流閥電流峰值。實現環(huán)流可控的柔性直流輸電控制如圖2所示，由環(huán)流控制和系統控制兩 部分組成。
[0022] 環(huán)流外環(huán)控制是由柔性直流輸電系統換流閥目標電流峰值、交流側有功功率和無 功功率經幅值計算和相角計算分別得到環(huán)流幅值和相角參考值，再經坐標變換得到dq軸 環(huán)流參考值，環(huán)流外環(huán)控制框圖如圖3所示。
[0023] 環(huán)流內環(huán)控制由dq軸環(huán)流參考值得到ABC三相環(huán)流電壓參考值，其框圖如圖4所 示，圖中2 Cocit為鎖相環(huán)節(jié)得到的A相環(huán)流電壓相角，acb/dq、dq/acb分別為三相靜止坐標 系到兩相旋轉坐標系的負序變換和負序逆變換，PI為比例積分調節(jié)器，L tl為橋臂電抗。
[0024] 系統控制由外環(huán)功率控制和內環(huán)電流控制組成，外環(huán)功率控制根據有功功率、無 功功率參考值生產dq軸電流參考值，經內環(huán)電流解耦控制得到dq坐標系下內部電動勢參 考值，再經dq/abc坐標變換生成三相靜止坐標系下內部電動勢參考值。
[0025] 最后，環(huán)流控制輸出的ABC三相環(huán)流電壓參考值、柔性直流輸電系統控制輸出的 ABC三相內電動勢參考值和直流電壓疊加生成ABC相上、下橋臂參考電壓，經調制算法，生 成各相橋臂中功率模塊的觸發(fā)脈沖，實現環(huán)流可控的柔性直流輸電換流器控制。
[0026] 下面，詳細闡述一下本發(fā)明的具體設計方法。本發(fā)明與已有柔性直流輸電系統控 制及其環(huán)流控制不同點在于是否使能環(huán)流控制以及使能環(huán)流控制時環(huán)流目標值設定值是 否為〇,以使能環(huán)流控制時環(huán)流目標值超前換流閥基波電流90°為例，介紹環(huán)流目標值的 設定方法。
[0027] 首先，根據換流閥目標電流峰值計算環(huán)流幅值參考值。
[0028] 假設換流閥基波電流：
[0029] I1 = sin ω t (式 I)
[0030] 目標環(huán)流：
[0031] i2 = Asin (2 ω t+90。） （式 2)
[0032] 式中，A為目標環(huán)流幅值標幺值。
[0033] 則注入環(huán)流后，換流閥電流：
[0034] i = ii+i2
[0035] (式 4)
[0036] = sin ω t+Acos2 ω t
[0037] 當ω?尹90°時，環(huán)流閥電流最大值：
[0038] Imax = A+1/8A (式 4)
[0039] 設環(huán)流閥目標電流峰值標幺值為M，則令= A+1/8A彡M，可得：
[0040]

【權利要求】
1. 降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，所述柔性直流輸電換流閥是模 塊化多電平電壓源型換流閥，其特征在于：通過環(huán)流控制策略生成或引入一個二倍頻交流 電流分量，使之與原換流閥電流進行疊加，以降低換流閥的電流峰值，尤其是降低交流側低 電壓故障后的橋臂電流峰值，使其不超過橋臂過流保護限值，提高柔性直流輸電系統交流 故障穿越能力；疊加的電流分量是換流閥基波電流的一個二倍頻環(huán)流電流分量；此二倍頻 環(huán)流電流分量是由環(huán)流控制策略生成的幅值和相角分別可控的環(huán)流分量或根據需要不使 能環(huán)流控制時引入的自然環(huán)流。
2. 根據權利要求1所述的降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，其特征 在于：環(huán)流控制策略由環(huán)流外環(huán)控制和環(huán)流內環(huán)控制兩部分組成。
3. 根據權利要求1所述的降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，其特征 在于：所述的環(huán)流外環(huán)控制是由柔性直流輸電系統交流側有功功率、無功功率和換流閥目 標電流峰值按環(huán)流參考值算法計算得到dq軸環(huán)流參考值。
4. 根據權利要求1所述的降低柔性直流輸電換流閥電流峰值的環(huán)流控制策略，其特征 在于：所述的環(huán)流內環(huán)控制由dq軸環(huán)流參考值得到ABC三相環(huán)流電壓參考值。
【文檔編號】H02J3/36GK104333032SQ201410670899
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權日:2014年11月20日
【發(fā)明者】岳偉, 翁海清, 張海濤, 易榮 申請人:北京榮信慧科科技有限公司