【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统优化控制领域，具体涉及一种弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法。
技术介绍
1、随着化石能源的日益枯竭，海上风电等远程可再生能源逐渐渗透入电力系统中，新型电力系统呈现高比例新能源的特征。近年来，为了改善远程可再生能源发电系统因分布不均而导致的高线损和低传输效率等问题，广泛采用了高压直流输电替代传统的交流输电，具有远距离大容量输电的能力。
2、与基于电压源转换器的高压直流输电(voltage source converter based hvdc,vsc-hvdc)(柔性直流输电技术)相比，基于线形整流器转换器的高压直流输电总是需要无功功率补偿，且当短路比(short circuit ratio,scr)小于2时可能会发生不稳定现象，系统损耗大，因此vsc-hvdc近年来逐渐应用于电力系统。
3、vsc-hvdc的功率注入一般通过相位锁定环基于矢量电流控制策略进行控制。虽然该控制策略可以独立控制有功功率和无功功率，但在非常薄弱的电网中可能会带来一些不确定的系统振荡影响。快速锁相环(phase-locked loop,pll)在扰动期间会放大公共耦合点(point of common coupling,pcc)电压的变化，进而导致跟踪失败，这种现象尤其出现在弱电网中。
4、为了减轻pll对系统稳定性的不利影响，现有的优化策略可以从以下几个方面进行改进：调整pll控制参数、修改pll控制结构以及采用无pll的控制方法。然而调整pll控制参数无法在系统稳定性和系统动态响应速
技术实现思路
1、专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种弱电网下柔直并网(vsc-hvdc)系统的改进矢量电流控制方法，改进以系统频率为反馈信号的矢量电流控制策略，增大了系统稳定时锁相环的增益边界；提出了vsc-hvdc不同外部控制回路的协调控制方法，以简单快速的方式改善系统的动态响应。
2、技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，包括步骤：
3、建立vsc-hvdc矢量电流控制策略模型，其中外环控制回路为内环电流控制回路生成电流参考，实现独立控制有功与无功功率；
4、构建基于vcc的改进矢量电流控制策略模型ivcc，通过频率变化进行反馈控制，使频率与电压偏差在阈值范围内；
5、构建运用ivcc后柔直并网系统的小信号模型，包含交流网络、低通滤波器结构、锁相环结构和内外环控制回路，vsc-hvdc在不同外部控制回路实现协调控制。
6、优选地，建立vsc-hvdc矢量电流控制策略模型，包括低通滤波器、外环控制回路、内环电流控制回路、电流调节器以及锁相环；
7、通过锁相环锁定到公共耦合电压点获得所述vsc-hvdc矢量电流控制策略模型的同步角度；所述锁相环输出相角θ追踪输入相角θ0；
8、所述vsc-hvdc矢量电流控制策略模型将电流调节器的输出信号转换为三相值，作为pwm的输入。
9、优选地，所述vsc-hvdc矢量电流控制策略模型具有分层级联结构，内部电流调节器在dq参考系中解耦，独立控制有功和无功功率；
10、外环控制回路的动态方程表示为：
11、
12、其中，ep和ev分别为定义的有功功率与电压的偏移量，vtdm和vtqm分别为通过滤波器后公共耦合点的电压的d、q轴分量，i1dm和i1qm分别为通过滤波器后vsc输出电流的d、q轴分量，i1dref和i1qref分别为内环电流控制的d、q轴参考电流，p0为额定有功功率，v0为公共耦合点的额定电压，kpp与kip分别为外环有功功率的比例参数与积分参数，kpv与kiv分别为外环电压pi控制的比例参数与积分参数；
13、内环电流控制回路的动态方程表示为：
14、
15、其中，ei1d和ei1q分别为内环电流控制参考电流的d、q轴分量与通过滤波器后vsc输出电流的d、q轴分量之差，vcd和vcq分别为内环电流控制回路输出电压的d、q轴分量，kpid与kiid分别为内环d轴的比例参数与积分参数，kpiq与kiiq分别为内环q轴的比例参数与积分参数，l1为线路电感，ω为pll输出角频率。
16、优选地，以频率变化进行反馈控制的改进矢量电流控制策略模型ivcc采用电网频率ω描述模型跟踪速度，ivcc增加一个反馈环节改进外环的参考值，并用ω作为反馈信号，则外环控制回路的动态方程如下：
17、
18、其中，ep和ev分别为定义的有功功率与电压的偏移量，vtdm和vtqm分别为通过滤波器后公共耦合点的电压的d、q轴分量，i1dm和i1qm分别为通过滤波器后vsc输出电流的d、q轴分量，i1dref和i1qref分别为内环电流控制的d、q轴参考电流，p0为额定有功功率，v0为额定电压，kd1和kd2分别为有功功率控制回路和电压控制回路的阻尼系数，△ωm为ivcc反馈回路滤波后的频率偏差，满足△ω为电网频率偏差，tω为反馈回路滤波的时间，kpp与kip分别为外环有功功率的比例参数与积分参数，kpv与kiv分别为外环电压pi控制的比例参数与积分参数。
19、优选地，构建运用ivcc后柔直并网系统的小信号模型，模型表示为：
20、
21、其中，为x的微分，u是输入变量，由有功功率参考值pref和电压参考值vref组成；x是由17个变量x01,x02,x03,x04,x05,x1,x2,x3,x4,θ,ω,i1d,i1q,i2d,i2q,vtd,vtq组成的状态向量；x01,x02,x03,x04,x05为滤波电路相关状态量，如式(5)；x1,x2,x3,x4为控制回路相关状态量，如式(6)；θ,ω分别为锁相环电压相位角与跟踪频率，i1d,i1q分别为vsc输出电流的d、q轴分量，i2d,i2q分别为流入无穷大母线的d、q轴分量，vtd,vtq为公共耦合点电压的d、q轴分量，i1d,i1q,i2d,i2q,vtd,vtq共同构成交流网络电压电流状态量；
22、
23、其中，tmvd和tmvq分别为低通滤波器滤波d、q轴电压分量的时间常数，tmid和tmiq分别为低通滤波器滤波d、q轴电流分量的时间常数，△ω为电网频率偏差，tω为反馈回路滤波的时间。
24、优选地，对小信号模型，根据阻尼系数kd1和kd2变化时，主导振荡模式特征值变化轨迹，并引入阻尼比，对阻尼系数kd1和kd2的可行域进行确定，阻尼本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其特征在于，建立VSC-HVDC矢量电流控制策略模型，包括低通滤波器、外环控制回路、内环电流控制回路、电流调节器以及锁相环；
3.根据权利要求2所述的弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其特征在于，所述VSC-HVDC矢量电流控制策略模型具有分层级联结构，内部电流调节器在dq参考系中解耦，独立控制有功和无功功率；
4.根据权利要求3所述的弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其特征在于，以频率变化进行反馈控制的改进矢量电流控制策略模型IVCC采用电网频率ω描述模型跟踪速度，IVCC增加一个反馈环节改进外环的参考值，并用ω作为反馈信号，则外环控制回路的动态方程如下：
5.根据权利要求4所述的弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其特征在于，构建运用IVCC后柔直并网系统的小信号模型，模型表示为：
6.根据权利要求5所述的弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其
7.根据权利要求1所述的弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其特征在于，VSC-HVDC在不同外部控制回路的协调控制，包括：
8.根据权利要求7所述的弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其特征在于，根据对系统动态响应的要求，设定对目标函数F的约束条件如下：
...【技术特征摘要】
1.弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其特征在于，建立vsc-hvdc矢量电流控制策略模型，包括低通滤波器、外环控制回路、内环电流控制回路、电流调节器以及锁相环；
3.根据权利要求2所述的弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其特征在于，所述vsc-hvdc矢量电流控制策略模型具有分层级联结构，内部电流调节器在dq参考系中解耦，独立控制有功和无功功率；
4.根据权利要求3所述的弱电网下柔直并网系统的改进矢量电流控制方法，其特征在于，以频率变化进行反馈控制的改进矢量电流控制策略模型ivcc采用电网频率ω描述模型跟踪速度，ivcc增加一个反馈环节改进外环的参考值，并用ω作为反馈信号...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭金鹏，潘学萍，郑金海，顾晨，孙晓荣，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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