[發明專利]基于虛擬阻抗的多落點混合級聯直流系統故障電流抑制方法

有效

• 申請號: 202210080151.7
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114498584B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 江琴;吳海艷;李保宏;劉天琪
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H9/02;H02J3/36
• 代理公司: 成都禾創知家知識產權代理有限公司 51284
• 代理人: 劉凱

1.一種基于虛擬阻抗的多落點混合級聯直流系統故障電流抑制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：在MMC控制中引入虛擬阻抗控制

所述MMC采用雙環控制，在采用定功率外環控制的MMC站中，MMC直流電流與直流電壓通過電流內環控制建立聯系，故在內環控制中引入虛擬阻抗Zv__MMC；

將外環控制輸出的參考電流的dq軸分量i_ref,d和i_ref,q作為內環電流控制的輸入信號；并考慮耦合項ω_bL_Ti_d、ω_bL_Ti_q和u_sd、u_sq對dq軸電流分量的影響，其中，i_d和i_q為公共連接點dq軸電流分量，L_T是MMC交流側等值電感，ω_b是交流側的基準頻率，u_sd、u_sq為公共連接點dq軸電壓分量；電流內環控制器的輸出電壓u_cref,d和u_cref,q經過PWM調制過程之后得到換流器的交流側的等效輸出電壓u_cd，u_cq；通過在PWM調制前引入虛擬阻抗Z_{v_MMC}來調控輸出電壓u_cref,d和u_cref,q至新的電壓u’_cref,d和u’_cref,q；

步驟2：計算虛擬阻抗

推導MMC的阻抗模型，得到其輸出阻抗值，其中定功率站等效受控電流源的輸出阻抗Z_EP推導過程如下：

在dq坐標系下的內環輸出量表示為

其中，ω為交流系統的角頻率，G_c，G_LT為矩陣代號，Δu_cref,d和Δu_cref,q為電流內環控制器的輸出電壓dq軸分量的擾動量；K_c(s)為電流內環PI控制器的傳遞函數；Δi_ref,d和Δi_ref,q為外環控制輸出的參考電流的dq軸分量的擾動量；Δi_d和Δi_q為公共連接點dq軸電流分量的擾動量；Δu_sd和Δu_sq為公共連接點dq軸電壓分量的擾動量；Δu_sd、Δu_sq表示為下式：

其中，Z_T為交流側等效阻抗；R_T為交流側等值電阻；Δu_cd和Δu_cq為MMC換流站交流側的等效輸出電壓dq軸分量的擾動量；

PWM環節的調制過程用一個延時環節表示為：

其中，T_sw為開關延時，f_sw為開關頻率；G_PWM為上述延時環節傳遞函數，s為拉普拉斯算子；

電流內環輸出的電壓參考值u_cref,d和u_cref,q經過PWM調制過程之后得到換流器的交流側的等效輸出電壓u_cd，u_cq為

聯立式(1)-式(4)得

電流參考值i_ref,d和i_ref,q的表達式為

其中，G_u0和G_i0為矩陣代號，K_p(s)為功率外環PI控制器的傳遞函數；u_sd0和u_sq0為公共連接點dq軸電壓分量的穩態值；i_d0和i_q0為dq軸電流分量的穩態值；

聯立式(2)、式(5)、式(6)得

其中，E為單位矩陣；G_iA和G_uA為矩陣代號；

消去交流側的電氣擾動量Δu_cd、Δu_cq、Δi_d和Δi_q得：

其中，m_d0和m_q0分別為d軸和q軸的調制度，G_A為矩陣代號；v_dc0和i_dc0分別為MMC換流站直流側電壓和電流的穩態值；Δi_dc和Δv_dc分別為MMC換流站直流側電壓和電流的擾動量；u_cd0和u_cq0MMC換流站交流側的等效輸出電壓dq軸分量的穩態值；

定功率站等效受控電流源的輸出阻抗Z_EP的最終表達式為

Z_EP進一步等效后得到MMC定功率站的輸出阻抗Z_P表達式為

其中，C_eq為等效電容，R_arm和L_arm分別為橋臂電阻和橋臂電感；

引入虛擬阻抗后將式(5)改寫為

其中，K_VIC為虛擬阻抗調節系數；

進而將式(8)改寫為：

其中，G_V為矩陣代號；

根據式(12)得引入虛擬阻抗后系統阻抗為

從式(13)看出，虛擬阻抗控制器投入后，系統的等效阻抗在原有模型的基礎上增加了一部分，增加的量即為虛擬阻抗值，該值為：

其中，G_V通過調節引入的虛擬阻抗調節系數K_VIC的值進行改變，從而改變虛擬阻抗Z_{v_MMC}的數值；

步驟3：實現虛擬阻抗控制

當檢測到直流側實際測量電流值I_{dc_m}與直流側額定電流值I_{dc_rated}的差值超過設定閾值時，通過發送觸發信號0，使調節系數K_VIC的值為虛擬阻抗控制模塊的輸出值，虛擬阻抗投入使用當檢測到直流側實際測量電流值I_{dc_m}與直流側額定電流值I_{dc_rated}的差值沒有設定閾值時，通過發送觸發信號1，切換調節系數K_VIC的值為0，虛擬阻抗不再投入，所有MMC的控制變為正常運行時的控制；

步驟4：經過200ms～300ms的故障穿越時間后，系統恢復運行。

2.根據權利要求1所述的基于虛擬阻抗的多落點混合級聯直流系統故障電流抑制方法，其特征在于，所述故障電流抑制方法也適用于定直流電壓控制MMC站。