[發明專利]穩定性提升及過電流限制的VSC-HVDC的控制方法

在審

• 申請號: 202011086578.5
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112421663A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 郭春義;楊碩;徐李清
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/16;H02J3/24;H02M1/32
• 代理公司: 北京庚致知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11807
• 代理人: 李偉波;韓德凱

本發明公開一種兼具穩定性提升及過電流限制的VSC?HVDC的控制方法，保留常規VSC換流器的鎖相環和電流矢量控制中的外環控制器，而對內環控制器進行改進。d軸內環電流控制引入同步環節和阻尼環節以產生VSC換流器出口側電壓的相角信號；q軸內環電流控制采用下垂控制環節得到VSC換流器出口側電壓的幅值信號。同時，在交流故障工況下通過切換VSC換流器出口側電壓的幅值和相角信號來限制換流器出口側電流，具體方式為將鎖相環輸出相角作為VSC換流器出口側電壓的相角信號，根據所期望換流器輸出的無功功率和母線電壓的關系得到VSC換流器出口側電壓的幅值信號。

技術領域

本發明屬于輸配電技術領域，具體涉及一種兼具穩定性提升及過電流限制的VSC-HVDC的控制方法。

背景技術

基于電壓源型換流器的柔性直流輸電(voltage source converter based highvoltage direct current,VSC-HVDC)具備四象限獨立控制有功和無功功率、不需要交流系統提供換相支撐、且不存在換相失敗風險等技術優勢，被廣泛應用于新能源輸送、電網異步互聯、向孤島和弱系統供電等領域。

而現有研究及工程現狀表明，采用經典電流矢量控制的VSC-HVDC在聯接弱交流電網時容易出現動態失穩問題，因此有必要提出能夠提升VSC-HVDC穩定性的控制方法，尤其在聯接弱交流系統工況下使VSC-HVDC也能夠穩定運行。本發明提出一種兼具穩定性提升及過電流限制的VSC-HVDC的控制方法，保留常規VSC換流器的鎖相環和電流矢量控制中的外環控制器，而對內環控制器進行重新設計，d軸內環電流控制引入同步環節和阻尼環節以產生VSC換流器出口側電壓的相角信號，q軸內環電流控制采用下垂控制環節得到VSC換流器出口側電壓的幅值信號，并在交流故障工況下通過切換VSC換流器出口側電壓的幅值和相角信號來限制換流器出口側電流，以此來有效提高VSC-HVDC的穩定裕度，并使VSC換流器在交流故障工況下仍具有限制過電流的能力。

發明內容

本發明的目的是提供一種兼具穩定性提升及過電流限制的VSC-HVDC的控制方法，該方法能夠有效提升VSC-HVDC的穩定性，并使VSC換流器在交流故障工況下仍具有限制過電流的能力。

為達到上述發明的目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種兼具穩定性提升及過電流限制的VSC-HVDC的控制方法，保留常規VSC換流器的鎖相環和電流矢量控制中的外環控制器，而對內環控制器進行重新設計。其中，d軸內環電流控制引入同步環節和阻尼環節以產生VSC換流器出口側電壓的相角信號；q軸內環電流控制采用下垂控制環節得到VSC換流器出口側電壓的幅值信號。同時，在交流故障工況下切換VSC換流器出口側電壓的幅值和相角信號，具體方式為將鎖相環輸出相角作為VSC換流器出口側電壓的相角信號，根據所期望換流器輸出的無功功率和母線電壓的關系得到VSC換流器出口側電壓的幅值信號。

由d軸內環電流控制中引入的同步環節得到同步分量：

C_syn＝K_s(i_dref-i_d)

其中，K_s定義為同步系數，i_dref為由外環控制器得到的d軸電流指令值，i_d為換流器出口電流的d軸分量。

由d軸內環電流控制中引入的阻尼環節得到阻尼分量：

C_dam＝K_d(ω₀-ω₁)

其中，K_d定義為阻尼系數，ω₀為額定角頻率，ω₁為輸出角頻率。

輸出角頻率由同步分量和阻尼分量計算得到：