真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法，这种方法针对现有真双极柔性直流输电系统控制策略在电网故障阶段无法为电网提供惯量支撑的不足，通过模拟传统同步机的数学模型，提出一种适用于真双极系统的正、负极协调虚拟同步机控制策略，能够在保证系统不发生过电流的条件下为交流电网提供惯量支撑。与已有方法相比，本方法不仅能够为新能源电网提供稳定的电压和频率，还能够在故障发生时增强电网的惯量稳定性，对于包含大规模新能源发电系统的新型电力系统更具友好性。好性。好性。

【技术实现步骤摘要】
真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法。

技术介绍

[0002]随着柔性直流输电系统的电压等级和输电容量逐渐增大，真双极柔性直流输电系统凭借其高灵活性和可靠性的特点，得到了越来越多的关注。基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流输电技术具有制造难度低，系统损耗低，波形质量高等优点，在远距离电能汇集和输送中有十分良好的应用前景。由于风电、光伏等基于电力电子器件的新能源发电系统大规模接入，交流电网的惯量稳定性显著降低，电网波动性和不确定性增强，最终导致电网运行的安全风险显著增大。因此，亟需研究具备惯量支撑能力的柔性直流输电系统控制策略，从而提升其对于电网的惯量支撑能力，提升电网稳定性。
[0003]真双极MMC换流站与无源交流电网或孤岛新能源电网相连时，需要为交流电网建立稳定的频率和电压。传统的真双极柔性直流输电系统一般采用定电圧、频率控制策略，这种控制策略在稳态运行工况下具有良好的控制性能，但是当电网故障发生时，不具备传统同步发电机组为电网提供惯量支撑的能力，容易导致系统失稳。
[0004]虚拟同步机控制策略通过模拟传统同步机的数学模型，实现为电网提供惯量支撑的控制目标，在变流器控制中得到了广泛应用。然而，对于真双极柔性直流输电系统来说，不仅需要考虑正极与负极之间的协调配合，还需要保证故障期间不发生过电流，从而保证设备安全。目前，对于虚拟同步机控制策略在真双极柔性直流输电系统中的应用还鲜有研究，亟需提出一种真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法，从而为交流电网提供惯量支撑，保障包含大规模新能源发电系统的新型电力系统的安全稳定运行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有真双极柔性直流输电系统控制策略在电网故障阶段无法为电网提供惯量支撑的不足，提供一种真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法，通过优化控制策略引入虚拟惯量，并实现真双极柔性直流输电系统正、负极之间的协调控制，在保证系统不发生过电流的条件下为交流电网提供惯量支撑。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本方法采取如下技术方案：
[0007]一种真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法，实现所述方法采用的控制系统包括：虚拟机械模块、虚拟励磁模块、正极采样模块和负极采样模块、正极坐标变换模块和负极坐标变换模块、正极功率计算模块和负极功率计算模块、正极电压控制器和负极电压控制器、正极电流控制器和负极电流控制器、正极内部环流控制器和负极内部环流控制器、正极桥臂电压计算模块和负极桥臂电压计算模块、正极调制模块和负极调制模块；
[0008]所述虚拟机械模块，通过模拟同步发电机的机械方程，实现对于正、负极总有功功率的控制，所述虚拟机械模块的输出作为真双极柔性直流输电系统的参考相位θ
r
；
[0009]所述虚拟励磁模块，通过模拟同步发电机的励磁方程，实现对于正、负极总无功功率的控制，所述虚拟励磁模块的输出作为真双极柔性直流输电系统的d轴电压参考值U
gdref
；
[0010]所述正极采样模块包括正极电压采样模块和正极电流采样模块，负极采样模块包括负极电压采样模块和负极电流采样模块；
[0011]正极电压采样模块和负极电压采样模块，对MMC交流电网三相电压U
gabc
进行采样；
[0012]正极电流采样模块和负极电流采样模块，分别对正极和负极MMC交流电网三相电流I
gabc1
和I
gabc2
，正极和负极MMC内部环流I
cabc1
和I
cabc2
进行采样；
[0013]所述正极坐标变换模块包括正极Park变换模块和正极Park反变换模块，负极坐标变换模块包括负极Park变换模块和负极Park反变换模块；
[0014]正极Park变换模块和负极Park变换模块，对MMC交流电网三相电压U
gabc
及正极和负极MMC交流电网三相电流I
gabc1
和I
gabc2
进行Park变换，得到同步旋转d
‑
q坐标系下对应的电压矢量U
gdq
和电流矢量I
gdq1
和I
gdq2
，Park变换采用的角度为参考相位θ
r
；
[0015]正极Park反变换模块和负极Park反变换模块，分别对正极和负极参考差模电压U
difdq1
和U
difdq2
进行Park反变换，得到正极和负极静止三相坐标系中的参考差模电压U
difabc1
和U
difabc2
，Park反变换采用的角度为参考相位θ
r
；
[0016]所述正极功率计算模块和负极功率计算模块，分别根据MMC交流电网三相电压U
gabc
及正极和负极MMC交流电网三相电流I
gabc1
和I
gabc2
，计算得到正极和负极有功功率P
g1
和P
g2
及正极和负极无功功率Q
g1
和Q
g2
；
[0017]所述正极电压控制器和负极电压控制器对d、q轴电压U
gdq
通过PI控制器进行控制，使其分别跟随给定的参考值U
gdref
及U
gqref
，其中，U
gqref
设置为0，所述正极电压控制器和负极电压控制器的输出经过限幅环节后，分别作为正极d、q轴电流的参考值I
gdref1
和I
gqref1
，和负极d、q轴电流的参考值I
gdref2
和I
gqref2
；
[0018]所述正极电流控制器和负极电流控制器分别对正极和负极d、q轴电流I
gdq1
和I
gdq2
采用PI控制器进行控制，使其跟随正极电压控制器和负极电压控制器输出的参考值，所述正极电流控制器和负极电流控制器的输出作为正极和负极MMC参考差模电压U
difdq1
和U
difdq2
；
[0019]所述正极内部环流控制器和负极内部环流控制器分别对正极和负极MMC内部环流I
cabc1
和I
cabc2
采用谐振控制器进行控制，在静止坐标系下即可实现；正极内部环流控制器和负极内部环流控制器的输出分别作为正极和负极MMC参考共模电压U
comabc1
和U
comabc2
；
[0020]所述正极桥臂电压计算模块和负极桥臂电压计算模块分别利用正极参考差模电压和负极参考差模电压U
difabc1
和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法，其特征在于，实现所述方法采用的控制系统包括：虚拟机械模块、虚拟励磁模块、正极采样模块和负极采样模块、正极坐标变换模块和负极坐标变换模块、正极功率计算模块和负极功率计算模块、正极电压控制器和负极电压控制器、正极电流控制器和负极电流控制器、正极内部环流控制器和负极内部环流控制器、正极桥臂电压计算模块和负极桥臂电压计算模块、正极调制模块和负极调制模块；所述虚拟机械模块，通过模拟同步发电机的机械方程，实现对于正、负极总有功功率的控制，所述虚拟机械模块的输出作为真双极柔性直流输电系统的参考相位θ
r
；所述虚拟励磁模块，通过模拟同步发电机的励磁方程，实现对于正、负极总无功功率的控制，所述虚拟励磁模块的输出作为真双极柔性直流输电系统的d轴电压参考值U
gdref
；所述正极采样模块包括正极电压采样模块和正极电流采样模块，负极采样模块包括负极电压采样模块和负极电流采样模块；正极电压采样模块和负极电压采样模块，对MMC交流电网三相电压U
gabc
进行采样；正极电流采样模块和负极电流采样模块，分别对正极和负极MMC交流电网三相电流I
gabc1
和I
gabc2
，正极和负极MMC内部环流I
cabc1
和I
cabc2
进行采样；所述正极坐标变换模块包括正极Park变换模块和正极Park反变换模块，负极坐标变换模块包括负极Park变换模块和负极Park反变换模块；正极Park变换模块和负极Park变换模块，对MMC交流电网三相电压U
gabc
及正极和负极MMC交流电网三相电流I
gabc1
和I
gabc2
进行Park变换，得到同步旋转d
‑
q坐标系下对应的电压矢量U
gdq
和电流矢量I
gdq1
和I
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，Park变换采用的角度为参考相位θ
r
；正极Park反变换模块和负极Park反变换模块，分别对正极和负极参考差模电压U
difdq1
和U
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进行Park反变换，得到正极和负极静止三相坐标系中的参考差模电压U
difabc1
和U
difabc2
，Park反变换采用的角度为参考相位θ
r
；所述正极功率计算模块和负极功率计算模块，分别根据MMC交流电网三相电压U
gabc
及正极和负极MMC交流电网三相电流I
gabc1
和I
gabc2
，计算得到正极和负极有功功率P
g1
和P
g2
及正极和负极无功功率Q
g1
和Q
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；所述正极电压控制器和负极电压控制器对d、q轴电压U
gdq
通过PI控制器进行控制，使其分别跟随给定的参考值U
gdref
及U
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，其中，U
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设置为0，所述正极电压控制器和负极电压控制器的输出经过限幅环节后，分别作为正极d、q轴电流的参考值I
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和I
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霄鹤，谢瑞，陈雨薇，施朝晖，傅春翔，夏冰清，李华，殷贵，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：