[發明專利]一種基于比例諧振控制器的VSC-HVDC系統控制方法

在審

• 申請號: 201811581737.1
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN110350565A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 李靜遠;馬春曉;王鑫;牛佳樂;王禹涵;張靜;李璇;張克汛
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/24
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

本發明涉及一種基于比例諧振控制(PR)的VSC?HVDC系統控制方法，采用雙閉環結構，控制方式為PQ控制方式或UQ控制方式，PQ控制方式時，外環為有功外環和無功外環；UQ控制方式時，外環為電壓外環和無功外環，外環均采用比例積分控制器和前饋控制的組合，外環向內環提供電流參考值；內環為電流環，其控制器采用比例諧振控制器，并為相應的調制策略提供調制電壓參考值。本發明不僅實現內環有功功率和無功功率的完全解耦，而且還具有響應速度快、控制精度高、實現內環電流精確解耦的優點。

技術領域

本發明涉及柔性高壓直流輸電技術領域，尤其涉及一種新型換流器控制策略。

背景技術

VSC-HVDC具有可獨立控制有功和無功功率傳輸、可向弱交流電網及無源系統供電且無需站間通訊、潮流反轉時直流電壓極性不變、輸出電壓低次諧波含量減少等特點。因此VSC-HVDC特別適合于大規模風力發電的并網、城市供電和異步交流電網互聯等場合。目前，對于VSC-HVDC系統的控制策略主要分為間接控制和直接控制。間接控制即通過控制VSC交流側電壓基波幅值和相角來達到控制目標，該方法結構簡單，但存在電流動態響應慢的缺點。目前工業中占主導地位的直接控制通常由外環功率、電壓控制和內環電流控制兩個環構成，具有快速電流響應特性和限流能力。該方法具有算法簡單、可靠性強和易于實現的特點，但在dq旋轉坐標系下，內環電流解耦控制器需添加前饋補償以抵消VSC數學模型中交叉耦合項的影響，降低了控制系統魯棒性。

比例諧振控制在電機和光伏逆變器控制中應用較多，本發明將αβ靜止坐標系下的比例諧振控制(PR)引入到VSC-HVDC控制系統中，通過改進了內環電流控制器的設計，可以實現系統控制中有功、無功的精確解耦。

發明內容

針對目前主流控制技術——傳統雙閉環比例積分(PI)控制器中電流內環需要依賴系統數學模型進行前饋解耦補償而造成系統魯棒性低的情況，本發明提出了一種引入αβ靜止坐標系下的PR控制方法并改進了內環電流控制器的方法。該發明實現有功功率和無功功率內環控制精確解耦，具有響應速度快、控制精度高的有點。技術方案如下。

一種基于比例諧振控制器的VSC-HVDC系統控制方法，采用雙閉環結構，控制方式為PQ控制方式或UQ控制方式，PQ控制方式時，外環為有功外環和無功外環；UQ控制方式時，外環為電壓外環和無功外環，外環控制均采用比例積分控制器，外環向內環提供電流參考值；內環為電流環，其控制器采用比例諧振控制器，并為相應的調制策略提供調制電壓參考值。

當采用PQ控制方式時，外環為定有功功率P控制和定無功功率Q控制，控制方式如下：

(1)測量換流器交流側PCC點電網電壓u_sa、u_sb、u_sc和相電抗器上流過的電流i_sa、i_sb、i_sc經過坐標變換得到其α、β軸分量u_sα、u_sβ和i_sα、i_sβ，并計算PCC點傳輸的有功功率P和無功功率Q；

(2)以有功功率P和有功功率參考值P_ref作為有功功率外環的輸入信號，經過的比例積分控制器，得到d軸參考值i_sdref，再經過dq-αβ變換坐標，輸出內環電流參考值i_sαref；

(3)以無功功率Q和無功功率參考值Q_ref作為無功功率外環的輸入信號，經過的比例積分控制器，得到q軸參考值i_sqref，再經過dq-αβ變換坐標，輸出內環電流參考值i_sβref；