用于构网型MMC向无源工业负荷供电系统控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于构网型MMC向无源工业负荷供电系统控制方法及装置。本发明专利技术通过在构网型MMC的外环定电压控制器附加虚拟导纳，不改变原有控制器结构，根据所附加的虚拟电容调整外环控制器的比例增益和前馈导纳项增益。在使用本发明专利技术后，系统的小干扰电压振荡失稳现象被成功抑制，并且含虚拟导纳控制的外环控制器具有良好的鲁棒性，在一定范围内增大虚拟导纳系数能够进一步提升系统阻尼。当并网母线处发生故障后，系统能够在MMC不闭锁的情况下实现故障穿越并继续恢复稳定运行，同时构网型MMC的暂态运行特性不受虚拟导纳控制的影响，提高了供电系统的稳定性和可靠性。提高了供电系统的稳定性和可靠性。提高了供电系统的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
用于构网型MMC向无源工业负荷供电系统控制方法及装置


[0001]本专利技术属于电力系统输配电
，具体地说是一种用于构网型MMC向无源工业负荷供电系统控制方法及装置。

技术介绍

[0002]随着电力电子器件的高速发展，基于电压源型换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current，VSC
‑
HVDC)技术也得到广泛应用。相较基于半控型器件的传统直流系统，VSC
‑
HVDC具有控制灵活、不需要电网提供换相电压、可独立控制有功功率及无功功率、可以为无源网络提供同步交流电源支撑等优势，且具有向无源网络供电、可独立控制有功功率及无功功率、能灵活地实现潮流反转等优点，在新能源并网、交流大电网之间互联、海上风电接入、直流配电网等场景中应用广泛，发展前景巨大。其中模块化多电平换流器MMC凭借其谐波分量较少，不需要应用功率器件串联技术等优势，成为了大规模新能源基地并网中首选的电压源换流器。与此同时，MMC
‑
HVDC作为重要的非同步机电源，在未来电力系统中能够替代同步机电源向系统中供电。
[0003]MMC
‑
HVDC作为非同步机电源时，主要有跟网型和构网型两种典型控制策略。跟网型MMC通常采用电流矢量控制，外环控制器实现有功/无功量的解耦控制，有功控制环通常定有功功率，无功环可以采用定无功功率/交流电压控制策略，采用锁相环(phase locked loop，PLL)跟踪并网点电压，实现与有源电网的同步。构网型MMC的核心思想是控制并网点电压的幅值和相位，可以模拟发电机的惯量和阻尼特性，在为无源网络供电时发挥着独特的优势。
[0004]随着电能需求的增长、环保压力的增大，对清洁能源的需求不断上升，未来传统同步机电源的主导地位将被打破。随着同步机电源逐渐被非同步机电源取代，MMC向无源工业负荷供电将成为更普遍的场景。在该场景下，MMC必须具备构网运行的能力，为无源系统提供频率与电压支撑。然而，在构网型MMC向无源工业负荷供电系统中，构网型MMC的外环电压控制器不合理的参数设计，可能系统发生电压振荡失稳，不利于系统稳定运行。因此，需要另外研究用于构网型MMC向无源工业负荷供电系统的控制方法，以实现未来用构网型MMC向无源工业负荷稳定可靠地供电。

技术实现思路

[0005]鉴于上述，本专利技术提出一种用于构网型MMC向无源工业负荷供电系统控制方法及装置，以消除由于构网型MMC外环控制器参数设计不合理引起的电压振荡失稳现象，保证系统的小干扰电压稳定性，具有良好的鲁棒性，同时不会影响供电系统故障期间的暂态运行特性。
[0006]为此，本专利技术采用的一种技术方案：用于构网型MMC向无源工业负荷供电系统控制方法，其包括步骤：
[0007]1)采用定交流电压幅值和频率的控制方法，在构网型MMC外环定电压控制器中加
入虚拟导纳控制；
[0008]2)构网型MMC外环定电压控制器附加虚拟电容，根据虚拟电容确定外环定电压控制器中前馈控制项附加的虚拟导纳增益，以及增加虚拟电容后构网型MMC的并网点电压动态特性方程；
[0009]3)获得所附加的虚拟电容与外环定电压控制器的外环比例增益、积分时间常数的关系；
[0010]4)根据步骤2)、3)的结果，将外环定电压控制器的虚拟导纳增益和外环比例增益进行修正，完成考虑虚拟导纳控制的构网型MMC外环定电压控制器控制。
[0011]进一步地，所述步骤1)的具体实现过程为：设定不采用虚拟导纳控制的构网型MMC外环定电压控制器分别定并网点的d轴、q轴参考电压，且外环定电压控制器方程式为：
[0012][0013]式中，u
s
、E
ref
分别为MMC的并网点电压矢量和并网点电压参考值，i
ref
为内环电流参考值，B
s
为滤波电容对应的导纳，K
E
和T
E
分别为外环定电压控制器的外环比例增益和积分时间常数，s为微分算子，j为复数单位；
[0014]采用虚拟导纳控制后，构网型MMC的外环定电压控制器方程式为：
[0015][0016]式中，B
v
为外环定电压控制器中前馈控制项附加的虚拟导纳增益，i
ref1
为采用虚拟导纳控制的内环电流参考值，K
EV
和T
EV
分别为附加虚拟电容后构网型MMC的外环比例增益和积分时间常数；
[0017]进一步地，所述步骤2)的具体实现过程为：设构网型MMC向无源负荷供电系统的基准频率标幺值为ω
s
，MMC外环附加虚拟电容为C
v
，则外环定电压控制器中前馈控制项附加的虚拟导纳增益B
v
的表达式为：
[0018]B
v
＝ω
s
C
v
，
[0019]设MMC并网点的滤波电容为C
s
，考虑虚拟电容后并网点的总电容为C
f
，系统额定角频率为ω0，MMC的并网点电压矢量为u
s
，MMC的输出电流矢量为i
c
，负荷电流矢量为i
s
，附加虚拟电容后，构网型MMC的并网点电压动态特性方程为：
[0020][0021]C
f
＝C
s
+C
v
，
[0022]式中，B
s
为滤波电容对应的导纳，j为复数单位。
[0023]进一步地，所述步骤3)的具体实现过程为：设原始控制中，构网型MMC的外环比例增益和积分时间常数分别为K
E
、T
E
，内环控制器的时间常数为τ
i
，则MMC的控制器开环传递函数G(s)的剪切频率ω
c
和相位裕度为：
[0024][0025][0026]为保持闭环系统稳定，G(s)在剪切频率处满足条件1：
[0027]|G(jω
c
)|＝1，
[0028]附加虚拟电容后构网型MMC的外环比例增益和积分时间常数分别为K
Ev
、T
Ev
，则根据条件1，其满足关系：
[0029][0030]式中，C
s
为MMC并网点的滤波电容，C
f
为考虑虚拟电容后并网点的总电容。
[0031]进一步地，所述步骤4)的具体实现过程为：增加虚拟电容后，保持构网型MMC的外环积分增益不变，即：
[0032]T
Ev
＝T
E
，
[0033]附加虚拟电容后构网型MMC的外环比例增益为：
[0034][0035]即得到考虑虚拟导纳控制的构网型MMC外环定电压控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于构网型MMC向无源工业负荷供电系统控制方法，其特征在于，包括步骤：1)采用定交流电压幅值和频率的控制方法，在构网型MMC外环定电压控制器中加入虚拟导纳控制；2)构网型MMC外环定电压控制器附加虚拟电容，根据虚拟电容确定外环定电压控制器中前馈控制项附加的虚拟导纳增益，以及增加虚拟电容后构网型MMC的并网点电压动态特性方程；3)获得所附加的虚拟电容与外环定电压控制器的外环比例增益、积分时间常数的关系；4)根据步骤2)、3)的结果，将外环定电压控制器的虚拟导纳增益和外环比例增益进行修正，完成考虑虚拟导纳控制的构网型MMC外环定电压控制器控制。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤1)的具体实现过程为：设定不采用虚拟导纳控制的构网型MMC外环定电压控制器分别定并网点的d轴、q轴参考电压，且外环定电压控制器方程式为：式中，u
s
、E
ref
分别为MMC的并网点电压矢量和并网点电压参考值，i
ref
为内环电流参考值，B
s
为滤波电容对应的导纳，K
E
和T
E
分别为外环定电压控制器的外环比例增益和积分时间常数，s为微分算子，j为复数单位；采用虚拟导纳控制后，构网型MMC的外环定电压控制器方程式为：式中，B
v
为外环定电压控制器中前馈控制项附加的虚拟导纳增益，i
ref1
为采用虚拟导纳控制的内环电流参考值，K
EV
和T
EV
分别为附加虚拟电容后构网型MMC的外环比例增益和积分时间常数。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2)的具体实现过程为：设构网型MMC向无源负荷供电系统的基准频率标幺值为ω
s
，MMC外环附加虚拟电容为C
v
，则外环定电压控制器中前馈控制项附加的虚拟导纳增益B
v
的表达式为：B
v
＝ω
s
C
v
，设MMC并网点的滤波电容为C
s
，考虑虚拟电容后并网点的总电容为C
f
，系统额定角频率为ω0，MMC的并网点电压矢量为u
s
，MMC的输出电流矢量为i
c
，负荷电流矢量为i
s
，附加虚拟电容后，构网型MMC的并网点电压动态特性方程为：C
f
＝C
s
+C
v
，式中，B
s
为滤波电容对应的导纳，j为复数单位。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤3)的具体实现过程为：设原始控制中，构网型MMC的外环比例增益和积分时间常数分别为K
E
、T
E
，内环控制器的时间常数
为τ
i
，则MMC的控制器开环传递函数G(s)的剪切频率ω
c
和相位裕度为：为：为保持闭环系统稳定，G(s)在剪切频率处满足条件1：|G(jω
c
)|＝1，附加虚拟电容后构网型MMC的外环比例增益和积分时间常数分别为K
Ev
、T
Ev
，则根据条件1，其满足关系：式中，C
s
为MMC并网点的滤波电容，C
f
为考虑虚拟电容后并网点的总电容。5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤4)的具体实现过程为：增加虚拟电容后，保持构网型MMC的外环积分增益不变，即：T
Ev
＝T
E
，附加虚拟电容后构网型MMC的外环比例增益为：得到考虑虚拟导纳控制的构网型MMC外环定电压控制器。6.用于构网型MMC向无源工业负荷供电系统控制装置，其特征在于，包括：虚拟导纳控制加...

【专利技术属性】
技术研发人员：华文，董炜，倪秋龙，楼伯良，申屠磊璇，周泰斌，叶琳，王龙飞，石博隆，王博文，孙景钌，张哲任，薛翼程，徐政，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：