[發明專利]柔性直流輸電系統的雙邊慣量阻尼模擬控制系統及方法

有效

• 申請號: 202110957092.2
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113675871B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 朱介北;申志鵬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張建中

本發明公開了一種柔性直流輸電系統的雙邊慣量阻尼模擬控制系統，包括柔性直流輸電系統；柔性直流輸電系統包括第一、二換流器；第一、二換流器對應由第一、二控制器控制，第一控制器包括第一電流內環模塊和功率外環模塊；第二控制器包括第二電流內環模塊和電壓外環模塊；功率外環模塊包括用于模擬第一交流供電系統虛擬同步機轉子運動方程模型的第一仿真模塊；電壓外環模塊包括用于模擬第二交流供電系統虛擬同步機轉子運動方程模型的第二仿真模塊；第一仿真模塊輸出第一交流供電系統的模擬慣量信號和模擬阻尼信號以及第二交流供電系統的模擬阻尼信號；第二仿真模塊輸出第一、二交流供電系統的模擬慣量信號。本發明提升電力系統頻率調節能力。

技術領域

本發明涉及智能電網控制技術領域，特別涉及一種柔性直流輸電系統的雙邊慣量阻尼模擬控制系統及方法。

背景技術

目前，為應對全球能源危機和氣候變化等嚴峻挑戰，可再生能源發電在世界范圍內得到了長足發展。可再生能源通常具有分布集中度高、與負荷中心呈逆向分布的特點。因此，為實現能源集約化開發和資源優化配置，必須建設大規模遠距離的電能輸送通道。柔性直流輸電系統憑借其高度可控性和良好適應性等優勢，成為了可再生能源遠距離傳輸，尤其是大規模海上風電的送出的關鍵技術手段之一。柔性直流輸電系統通常通過電力電子換流器并網，在傳統控制方案下，電力電子換流器無法主動參與電網頻率調節。因此，隨著VSC-HVDC系統在電力系統中的數量不斷增加，傳統富含慣量的交流電網將會被分割成多個規模相對較小、慣量水平相對較低的電網，系統頻率穩定性問題會更加嚴峻。與此同時，具有低慣量和無阻尼典型特性的可再生能源發電正在迅速取代同步發電機，進一步降低了電網整體慣性水平和阻尼能力。

針對未來電力系統低慣量、欠阻尼的問題，目前研究方案主要是采用虛擬同步機技術或慣量模擬方案，其關鍵是在換流器的控制回路中引入同步發電機的轉子運動方程，從而使并網逆變器能夠模擬傳統同步電機的慣量和阻尼特性。然而，現有的方案然均要求當一側交流系統發生擾動時，柔性直流輸電系統的對側換流站具有快速功率支撐的能力。并且一個系統的擾動會通過柔性直流輸電系統傳遞到對側，影響對側交流系統安全穩定運行。考慮到海上風電場通常是弱網，較大的功率擾動可能會對海上風電場的安全穩定運行形成嚴峻挑戰。

發明內容

本發明的目的是克服傳統虛擬同步機和慣量模擬方案的缺點，提供一種柔性直流輸電系統的雙邊慣量阻尼模擬控制系統及方法。本發明可在擾動發生時，向雙邊交流系統同時提供慣量和阻尼響應，有效抑制雙邊交流系統的頻率擾動和功角振蕩，能有效增強電網的頻率調節能力，提升電網的穩定性。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種柔性直流輸電系統的雙邊慣量阻尼模擬控制系統，包括依次連接的第一交流供電系統、柔性直流輸電系統及第二交流供電系統；柔性直流輸電系統包括第一換流器和第二換流器；第一、二換流器對應由第一、二控制器控制，第一控制器包括第一電流內環模塊和功率外環模塊；第二控制器包括第二電流內環模塊和電壓外環模塊；功率外環模塊包括用于模擬第一交流供電系統虛擬同步機轉子運動方程模型的第一仿真模塊；電壓外環模塊包括用于模擬第二交流供電系統虛擬同步機轉子運動方程模型的第二仿真模塊；第一仿真模塊輸出第一交流供電系統的模擬慣量信號和模擬阻尼信號以及第二交流供電系統的模擬阻尼信號；第二仿真模塊輸出第一交流供電系統和第二交流供電系統的模擬慣量信號。

進一步地，第一仿真模塊，其將第一交流供電系統的瞬時頻率與其額定頻率的差值換算為第一交流供電系統的慣性功率和阻尼功率，其將延時后的第二交流供電系統實際頻率與其額定頻率的差換算為第二交流供電系統的阻尼功率；其將第一交流供電系統的慣性功率和阻尼功率、第二交流供電系統的阻尼功率、第一換流器的額定有功功率設定值相加，生成第一換流器的功率參考信號；其將第一換流器的功率參考信號與第一換流器的當前有功功率的差值，經過PI控制器處理，生成第一電流內環模塊的d軸電流參考信號。

進一步地，第一仿真模塊包括第一延時模塊、第一加法器、第二加法器、第三加法器、第四加法器、第一增益模塊、第二增益模塊、第三增益模塊、第一微分模塊、第一PI控制器；