一種提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法，該方法用于柔性直流單元與常規(guī)直流單元并列運行的混合背靠背直流系統(tǒng)的逆變站，其包括以下步驟：步驟1、在柔性直流單元的無功功率外環(huán)控制器和交流電壓外環(huán)控制器附加關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器；步驟2、根據(jù)故障判斷模塊的判斷結(jié)果選擇柔性直流單元無功類外環(huán)控制的控制模式為無功功率外環(huán)控制器或交流電壓外環(huán)控制器；步驟3、根據(jù)故障判斷模塊的判斷結(jié)果確定柔性直流單元的電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值和有功電流參考值的限幅大小。本發(fā)明可以有效降低混合背靠背直流系統(tǒng)發(fā)生換相失敗的概率，提高系統(tǒng)穿越交流故障的能力。
【專利說明】
一種提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及輸配電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高混合背靠背直流系統(tǒng)抵御換相失敗能力與故障穿越能力的協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)電流源型電網(wǎng)換相高壓直流輸電(Line Commutated Converter HighVoltage Direct Current，LCC_HVDC)在我國已經(jīng)廣泛應(yīng)用，具有輸送功率大、輸電距離遠(yuǎn)的特點，但是存在發(fā)生換相失敗的危險、運行中消耗大量無功功率等局限[1]。近年來以全控型器件為基礎(chǔ)的電壓源換流器型高壓直流輸電(Voltage Source Converter based HighVoltage Direct Current，VSC_HVDC)迅速發(fā)展，具有有功無功獨立解親控制、無功功率連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點，但也存在造價高、傳輸容量相對傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)較小等問題。隨著直流輸電技術(shù)快速進(jìn)步，克服各自存在的問題，發(fā)揮二者各自的長處，將VSC-HVDC與LCC-HVDC結(jié)合形成混合直流輸電技術(shù)已成為研究與工程應(yīng)用的熱點。
[0003]背靠背柔性直流與背靠背常規(guī)直流并列運行的直流輸電系統(tǒng)即為混合背靠背直流系統(tǒng)，兼具良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性與優(yōu)越的控制性，具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，現(xiàn)有技術(shù)的混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)與混合背靠背直流系統(tǒng)相類似，區(qū)別在于混合雙饋入系統(tǒng)的兩直流的受端為同一交流電網(wǎng)，但是不處于同一換流站內(nèi)，具有一定的電氣距離，柔性直流與常規(guī)直流之間也沒有通訊交換。因此，現(xiàn)有技術(shù)缺少柔性直流與常規(guī)直流之間協(xié)調(diào)控制的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法，其將常規(guī)直流單元的關(guān)斷角應(yīng)用于柔性直流單元中，可利用柔性直流單元的無功控制能力降低常規(guī)直流單元發(fā)生換相失敗的概率，并能夠提高混合背靠背直流系統(tǒng)穿越交流故障的能力，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
[0005]—種提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法，所述混合背靠背直流系統(tǒng)為柔性直流單元與常規(guī)直流單元并列運行，所述柔性直流單元與常規(guī)直流單元位于同一換流站內(nèi)，且二者共用同一交流系統(tǒng)的交流母線;所述協(xié)調(diào)控制方法配置于所述混合背靠背直流系統(tǒng)的逆變站中，所述協(xié)調(diào)控制方法為提高混合背靠背直流系統(tǒng)抵御換相失敗能力與故障穿越能力的方法；
[0006]所述柔性直流單元包括:
[0007]電流內(nèi)環(huán)控制器，用于生成調(diào)制參考波，對柔性直流單元逆變器的輸出進(jìn)行控制；
[0008]有功功率外環(huán)控制器，用于通過第三限幅環(huán)節(jié)向電流內(nèi)環(huán)控制器輸出電流內(nèi)環(huán)的有功電流參考值；
[0009]無功類外環(huán)控制選擇器，其輸入端連接無功功率外環(huán)控制器和交流電壓外環(huán)控制器，用于選擇無功功率外環(huán)控制器或交流電壓外環(huán)控制器通過第四限幅環(huán)節(jié)向電流內(nèi)環(huán)控制器輸出電流內(nèi)環(huán)的無功電流參考值；
[0010]故障判斷模塊，用于控制選擇無功功率外環(huán)控制器或交流電壓外環(huán)控制器，同時對第三限幅環(huán)節(jié)和第四限幅環(huán)節(jié)的限幅大小進(jìn)行控制；
[0011 ]所述協(xié)調(diào)控制方法包括以下步驟:
[0012]步驟1、在柔性直流單元的無功功率外環(huán)控制器和交流電壓外環(huán)控制器附加關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器；
[0013]步驟2、根據(jù)故障判斷模塊的判斷結(jié)果選擇柔性直流單元無功類外環(huán)控制的控制模式為無功功率外環(huán)控制器或交流電壓外環(huán)控制器；
[0014]步驟3、根據(jù)故障判斷模塊的判斷結(jié)果確定柔性直流單元的電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值和有功電流參考值的限幅大小。
[0015]所述步驟I中，當(dāng)常規(guī)直流單元的關(guān)斷角減小到小于關(guān)斷角額定值時，關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器通過減小無功功率參考值，或者增加交流電壓參考值，增加柔性直流單元發(fā)出的容性無功功率，穩(wěn)定交流母線電壓；當(dāng)常規(guī)直流單元的關(guān)斷角大于關(guān)斷角額定值時，關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器的輸出為零。
[0016]當(dāng)常規(guī)直流單元逆變器的關(guān)斷角γ減小到小于關(guān)斷額定值γN時，關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器輸出關(guān)斷角差值A(chǔ) γ = γΝ-γ，該關(guān)斷角差值Δ γ乘以比例系數(shù)kl的第一限幅環(huán)節(jié)后作用于無功功率外環(huán)控制器或者乘以比例系數(shù)k2的第二限幅環(huán)節(jié)后作用于交流電壓外環(huán)控制器，無功功率外環(huán)控制器的無功功率參考值Qref減去關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制輸入量kl X Δ γ作為新的無功功率參考值，新的無功功率參考值小于原無功功率參考值Qrrf，新的無功功率參考值再減去無功功率實際值Qm1C得到無功功率差值，經(jīng)過第一 PI環(huán)節(jié)得到無功電流參考值Iqrefl;或者交流電壓外環(huán)控制器參考值Uacref加上關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制輸入量k2 X Δ γ作為新的交流電壓參考值，新的交流電壓參考值大于原交流電壓參考值Uac^f，新的交流電壓參考值減去交流電壓實際值Ua。得到交流電壓差值，經(jīng)過第二 PI環(huán)節(jié)得到無功電流參考值Iqref2;當(dāng)常規(guī)直流單元逆變器的關(guān)斷角γ大于額定值γ N時，關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器的輸出分別被第一限幅環(huán)節(jié)和第二限幅環(huán)節(jié)限制為O。
[0017]所述步驟2中，當(dāng)故障判斷模塊判別交流系統(tǒng)沒有發(fā)生近端故障，無功類外環(huán)控制選擇器選擇無功功率控制模式，則電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值Iqrrf選取為無功電流參考值IqreflS過第四限幅環(huán)節(jié)的輸出值；當(dāng)故障判斷模塊判別交流系統(tǒng)發(fā)生了近端故障，無功類外環(huán)控制選擇器選擇交流電壓控制模式，電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值Iqrrf選取為無功電流參考值Iqrrf2經(jīng)過第四限幅環(huán)節(jié)的輸出值。
[0018]所述步驟3中，當(dāng)故障判斷模塊判別交流系統(tǒng)發(fā)生了近端故障進(jìn)入故障穿越模式后，通過第三限幅環(huán)節(jié)降低電流內(nèi)環(huán)控制的有功電流參考值Idrrf的限幅大小，通過第四限幅環(huán)節(jié)提高電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值Iqrrf的限幅大小，以降低柔性直流單元傳輸?shù)挠泄β剩鰪娙嵝灾绷鲉卧獰o功功率的調(diào)節(jié)能力。
[0019]所述有功電流參考值Idref的獲取是通過有功功率外環(huán)控制器的有功功率參考值Pref減去有功功率實際值Pmmc后的差值經(jīng)由第三PI環(huán)節(jié)后再經(jīng)第三限幅環(huán)節(jié)得到。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]1、本發(fā)明能夠利用柔性直流單元的無功控制能力降低常規(guī)直流單元發(fā)生換相失敗的概率。
[0022]2、本發(fā)明能夠提高混合背靠背直流系統(tǒng)穿越交流故障的能力，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明采用的混合背靠背直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明一種提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法的框圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]實施例
[0027]本發(fā)明提供了一種提高混合背靠背直流系統(tǒng)抵御換相失敗能力與故障穿越能力的協(xié)調(diào)控制方法。該控制方法配置于混合背靠背直流系統(tǒng)的逆變站。
[0028]在一個實施例中，柔性直流單元與常規(guī)直流單元并列運行的混合背靠背直流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示?；旌媳晨勘持绷飨到y(tǒng)由常規(guī)直流單元與柔性直流單元構(gòu)成，兩直流單元在同一個換流站內(nèi)，且共用同一交流母線。
[0029]常規(guī)直流單元整流側(cè)采用定有功功率控制或定直流電流控制，逆變側(cè)采用定直流電壓或定關(guān)斷角控制;柔性直流單元采用基于dq軸解耦的直接電流矢量控制方法，該控制方法可分為內(nèi)環(huán)電流控制器和外環(huán)電壓控制器兩部分。其中，有功類外環(huán)控制器可根據(jù)有功功率參考值Pref計算得到電流內(nèi)環(huán)控制器的d軸電流參考值Idref;無功類外環(huán)控制器可根據(jù)無功功率參考值Qref或交流電壓參考值Uacref計算得到電流內(nèi)環(huán)控制器的q軸電流參考值Iqref;內(nèi)環(huán)電流控制器通過調(diào)節(jié)換流器輸出電壓，使dq軸電流快速跟蹤其參考值。
[0030]為了進(jìn)一步降低常規(guī)直流發(fā)生換相失敗的概率，提高系統(tǒng)的故障穿越能力，本發(fā)明提供了一種協(xié)調(diào)控制方法，控制框圖如圖2所示。
[0031 ]協(xié)調(diào)控制方法的內(nèi)容包括:
[0032]1:在柔性直流單元的無功功率外環(huán)控制器和交流電壓外環(huán)控制器附加關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器；
[0033]2:根據(jù)故障判斷模塊的判斷結(jié)果選擇柔性直流單元無功類外環(huán)控制的控制模式為無功功率外環(huán)控制器或交流電壓外環(huán)控制器；
[0034 ] 3:根據(jù)故障判斷模塊的判斷結(jié)果確定柔性直流單元的電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值和有功電流參考值的限幅大小。
[0035]當(dāng)常規(guī)直流單元逆變器的關(guān)斷角γ減小到小于關(guān)斷額定值γ N時，關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器輸出關(guān)斷角差值A(chǔ) γ = γΝ-γ，該關(guān)斷角差值Δ γ乘以比例系數(shù)kl的第一限幅環(huán)節(jié)后作用于無功功率外環(huán)控制器或者乘以比例系數(shù)k2的第二限幅環(huán)節(jié)后作用于交流電壓外環(huán)控制器，無功功率外環(huán)控制器的無功功率參考值Qref減去關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制輸入量kl X Δ γ作為新的無功功率參考值，新的無功功率參考值小于原無功功率參考值Qrrf，新的無功功率參考值再減去無功功率實際值Qm1C得到無功功率差值，經(jīng)過第一 PI環(huán)節(jié)得到無功電流參考值Iqrefl;或者交流電壓外環(huán)控制器參考值Uacref加上關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制輸入量k2 X Δ γ作為新的交流電壓參考值，新的交流電壓參考值大于原交流電壓參考值Uac^f，新的交流電壓參考值減去交流電壓實際值Ua。得到交流電壓差值，經(jīng)過第二 PI環(huán)節(jié)得到無功電流參考值Iqre3f2;兩種控制模式均有助于穩(wěn)定交流母線電壓；當(dāng)常規(guī)直流單元逆變器的關(guān)斷角γ大于額定值γ N時，關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器的輸出分別被第一限幅環(huán)節(jié)和第二限幅環(huán)節(jié)限制為O，不會影響無功功率外環(huán)控制及交流電壓外環(huán)控制的輸出。
[0036]當(dāng)故障判斷模塊判別交流系統(tǒng)沒有發(fā)生近端故障時發(fā)出相應(yīng)的選擇信號，無功類外環(huán)控制選擇器選擇無功功率控制模式，則電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值Iqrrf選取為無功電流參考值Iqrefl經(jīng)過第四限幅環(huán)節(jié)的輸出值;當(dāng)故障判斷模塊判別交流系統(tǒng)發(fā)生近端故障時發(fā)出相應(yīng)的選擇信號，無功類外環(huán)控制選擇器選擇交流電壓控制模式，電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值Iqrrf選取為無功電流參考值Iqrrf2經(jīng)過第四限幅環(huán)節(jié)的輸出值。
[0037]柔性直流單元有功功率外環(huán)控制選擇有功功率參考值Prrf與有功功率實際值Pmmc的差值作為輸入，經(jīng)過第三PI環(huán)節(jié)計算得出有功電流參考值，再經(jīng)過第三限幅環(huán)節(jié)得到作為內(nèi)環(huán)電流控制器的輸入值Idref。需要指出的是:電流內(nèi)環(huán)控制器的有功電流參考值Idref及無功電流參考值Iqref所經(jīng)過的限幅環(huán)節(jié)(分別為第三限幅環(huán)節(jié)和第四限幅環(huán)節(jié))限幅大小均由故障判斷模塊的輸出進(jìn)行控制。當(dāng)故障判斷模塊判別交流系統(tǒng)發(fā)生了近端故障進(jìn)入故障穿越模式后，通過降低柔性直流單元的電流內(nèi)環(huán)控制的有功電流參考值Idrrf的限幅大小，提高無功電流參考值Iqrrf的限幅大小，達(dá)到降低柔性直流單元傳輸?shù)挠泄β?，提高柔性直流無功功率的調(diào)節(jié)能力的目的，如果未進(jìn)入故障穿越模式，可無需限幅。
[0038]電流內(nèi)環(huán)控制器的輸出通過調(diào)制成參考波作為換流站閥組控制的輸入，最后通過換流站閥組控制模塊控制可關(guān)斷器件的開通與關(guān)斷達(dá)到調(diào)控目標(biāo)。
[0039]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法，所述混合背靠背直流系統(tǒng)為柔性直流單元與常規(guī)直流單元并列運行，所述柔性直流單元與常規(guī)直流單元位于同一換流站內(nèi)，且二者共用同一交流系統(tǒng)的交流母線;所述協(xié)調(diào)控制方法配置于所述混合背靠背直流系統(tǒng)的逆變站中，所述協(xié)調(diào)控制方法為提高混合背靠背直流系統(tǒng)抵御換相失敗能力與故障穿越能力的方法;其特征在于， 所述柔性直流單元包括: 電流內(nèi)環(huán)控制器，用于生成調(diào)制參考波，作為換流站閥組控制的輸入； 有功功率外環(huán)控制器，用于通過第三限幅環(huán)節(jié)向電流內(nèi)環(huán)控制器輸出電流內(nèi)環(huán)的有功電流參考值； 無功類外環(huán)控制選擇器，其輸入端連接無功功率外環(huán)控制器和交流電壓外環(huán)控制器，用于選擇無功功率外環(huán)控制器或交流電壓外環(huán)控制器通過第四限幅環(huán)節(jié)向電流內(nèi)環(huán)控制器輸出電流內(nèi)環(huán)的無功電流參考值； 故障判斷模塊，用于控制選擇無功功率外環(huán)控制器或交流電壓外環(huán)控制器，同時對第三限幅環(huán)節(jié)和第四限幅環(huán)節(jié)的限幅大小進(jìn)行控制； 所述協(xié)調(diào)控制方法包括以下步驟: 步驟1、在柔性直流單元的無功功率外環(huán)控制器和交流電壓外環(huán)控制器附加關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器； 步驟2、根據(jù)故障判斷模塊的判斷結(jié)果選擇柔性直流單元無功類外環(huán)控制的控制模式為無功功率外環(huán)控制器或交流電壓外環(huán)控制器； 步驟3、根據(jù)故障判斷模塊的判斷結(jié)果確定柔性直流單元的電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值和有功電流參考值的限幅大小。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述步驟I中，當(dāng)常規(guī)直流單元的關(guān)斷角減小到小于關(guān)斷角額定值時，關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器通過減小無功功率參考值，或者增加交流電壓參考值，增加柔性直流單元發(fā)出的容性無功功率，穩(wěn)定交流母線電壓；當(dāng)常規(guī)直流單元的關(guān)斷角大于關(guān)斷角額定值時，關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器的輸出為零。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，當(dāng)常規(guī)直流單元逆變器的關(guān)斷角γ減小到小于關(guān)斷額定值γ N時，關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器輸出關(guān)斷角差值Δ γ = γΝ-γ，該關(guān)斷角差值Δ γ乘以比例系數(shù)kl的第一限幅環(huán)節(jié)后作用于無功功率外環(huán)控制器或者乘以比例系數(shù)k2的第二限幅環(huán)節(jié)后作用于交流電壓外環(huán)控制器，無功功率外環(huán)控制器的無功功率參考值Qref減去關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制輸入量kl X △ γ作為新的無功功率參考值，新的無功功率參考值小于原無功功率參考值Qrrf，新的無功功率參考值再減去無功功率實際值Qmc得到無功功率差值，經(jīng)過第一 PI環(huán)節(jié)得到無功電流參考值1_?;或者交流電壓外環(huán)控制器參考值Uacref加上關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制輸入量k2 X Δ γ作為新的交流電壓參考值，新的交流電壓參考值大于原交流電壓參考值Ua_f，新的交流電壓參考值減去交流電壓實際值Ua。得到交流電壓差值，經(jīng)過第二PI環(huán)節(jié)得到無功電流參考值Iqrrf2;當(dāng)常規(guī)直流單元逆變器的關(guān)斷角γ大于額定值γ N時，關(guān)斷角協(xié)調(diào)控制器的輸出分別被第一限幅環(huán)節(jié)和第二限幅環(huán)節(jié)限制為O。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述步驟2中，當(dāng)故障判斷模塊判別交流系統(tǒng)沒有發(fā)生近端故障，無功類外環(huán)控制選擇器選擇無功功率控制模式，則電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值Iqre3f選取為無功電流參考值Iq—經(jīng)過第四限幅環(huán)節(jié)的輸出值；當(dāng)故障判斷模塊判別交流系統(tǒng)發(fā)生了近端故障，無功類外環(huán)控制選擇器選擇交流電壓控制模式，電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值Iqrrf選取為無功電流參考值Iqref2經(jīng)過第四限幅環(huán)節(jié)的輸出值。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述步驟3中，當(dāng)故障判斷模塊判別交流系統(tǒng)發(fā)生了近端故障進(jìn)入故障穿越模式后，通過第三限幅環(huán)節(jié)降低電流內(nèi)環(huán)控制的有功電流參考值Idre3f的限幅大小，通過第四限幅環(huán)節(jié)提高電流內(nèi)環(huán)控制的無功電流參考值Iqrrf的限幅大小，以降低柔性直流單元傳輸?shù)挠泄β?，增強柔性直流單元無功功率的調(diào)節(jié)能力。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高混合背靠背直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述有功電流參考值Idrrf的獲取是通過有功功率外環(huán)控制器的有功功率參考值Prrf減去有功功率實際值Pmmc后的差值經(jīng)由第三PI環(huán)節(jié)后再經(jīng)第三限幅環(huán)節(jié)得到。
【文檔編號】H02J3/18GK105932706SQ201610383062
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】王振, 趙成勇, 蔣碧松, 郭春義, 李晉偉, 陳歡, 國建寶, 黃義隆
【申請人】中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司檢修試驗中心, 華北電力大學(xué)