一种提高混合背靠背直流系统的协调控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高混合背靠背直流系统的协调控制方法，该方法用于柔性直流单元与常规直流单元并列运行的混合背靠背直流系统的逆变站，其包括以下步骤：步骤1、在柔性直流单元的无功功率外环控制器和交流电压外环控制器附加关断角协调控制器；步骤2、根据故障判断模块的判断结果选择柔性直流单元无功类外环控制的控制模式为无功功率外环控制器或交流电压外环控制器；步骤3、根据故障判断模块的判断结果确定柔性直流单元的电流内环控制的无功电流参考值和有功电流参考值的限幅大小。本发明可以有效降低混合背靠背直流系统发生换相失败的概率，提高系统穿越交流故障的能力。
【专利说明】
一种提高混合背靠背直流系统的协调控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及输配电技术领域，具体涉及一种提高混合背靠背直流系统抵御换相失败能力与故障穿越能力的协调控制方法。
【背景技术】
[0002]传统电流源型电网换相高压直流输电(Line Commutated Converter HighVoltage Direct Current，LCC_HVDC)在我国已经广泛应用，具有输送功率大、输电距离远的特点，但是存在发生换相失败的危险、运行中消耗大量无功功率等局限[1]。近年来以全控型器件为基础的电压源换流器型高压直流输电(Voltage Source Converter based HighVoltage Direct Current，VSC_HVDC)迅速发展，具有有功无功独立解親控制、无功功率连续可调等优点，但也存在造价高、传输容量相对传统直流输电系统较小等问题。随着直流输电技术快速进步，克服各自存在的问题，发挥二者各自的长处，将VSC-HVDC与LCC-HVDC结合形成混合直流输电技术已成为研究与工程应用的热点。
[0003]背靠背柔性直流与背靠背常规直流并列运行的直流输电系统即为混合背靠背直流系统，兼具良好的经济技术性与优越的控制性，具有广泛的应用前景。目前，现有技术的混合双馈入直流输电系统与混合背靠背直流系统相类似，区别在于混合双馈入系统的两直流的受端为同一交流电网，但是不处于同一换流站内，具有一定的电气距离，柔性直流与常规直流之间也没有通讯交换。因此，现有技术缺少柔性直流与常规直流之间协调控制的技术方案。
【发明内容】
[0004]针对上述不足，本发明的目的在于提供一种提高混合背靠背直流系统的协调控制方法，其将常规直流单元的关断角应用于柔性直流单元中，可利用柔性直流单元的无功控制能力降低常规直流单元发生换相失败的概率，并能够提高混合背靠背直流系统穿越交流故障的能力，保证电网的安全稳定运行。
[0005]—种提高混合背靠背直流系统的协调控制方法，所述混合背靠背直流系统为柔性直流单元与常规直流单元并列运行，所述柔性直流单元与常规直流单元位于同一换流站内，且二者共用同一交流系统的交流母线;所述协调控制方法配置于所述混合背靠背直流系统的逆变站中，所述协调控制方法为提高混合背靠背直流系统抵御换相失败能力与故障穿越能力的方法；
[0006]所述柔性直流单元包括:
[0007]电流内环控制器，用于生成调制参考波，对柔性直流单元逆变器的输出进行控制；
[0008]有功功率外环控制器，用于通过第三限幅环节向电流内环控制器输出电流内环的有功电流参考值；
[0009]无功类外环控制选择器，其输入端连接无功功率外环控制器和交流电压外环控制器，用于选择无功功率外环控制器或交流电压外环控制器通过第四限幅环节向电流内环控制器输出电流内环的无功电流参考值；
[0010]故障判断模块，用于控制选择无功功率外环控制器或交流电压外环控制器，同时对第三限幅环节和第四限幅环节的限幅大小进行控制；
[0011 ]所述协调控制方法包括以下步骤:
[0012]步骤1、在柔性直流单元的无功功率外环控制器和交流电压外环控制器附加关断角协调控制器；
[0013]步骤2、根据故障判断模块的判断结果选择柔性直流单元无功类外环控制的控制模式为无功功率外环控制器或交流电压外环控制器；
[0014]步骤3、根据故障判断模块的判断结果确定柔性直流单元的电流内环控制的无功电流参考值和有功电流参考值的限幅大小。
[0015]所述步骤I中，当常规直流单元的关断角减小到小于关断角额定值时，关断角协调控制器通过减小无功功率参考值，或者增加交流电压参考值，增加柔性直流单元发出的容性无功功率，稳定交流母线电压；当常规直流单元的关断角大于关断角额定值时，关断角协调控制器的输出为零。
[0016]当常规直流单元逆变器的关断角γ减小到小于关断额定值γN时，关断角协调控制器输出关断角差值A γ = γΝ-γ，该关断角差值Δ γ乘以比例系数kl的第一限幅环节后作用于无功功率外环控制器或者乘以比例系数k2的第二限幅环节后作用于交流电压外环控制器，无功功率外环控制器的无功功率参考值Qref减去关断角协调控制输入量kl X Δ γ作为新的无功功率参考值，新的无功功率参考值小于原无功功率参考值Qrrf，新的无功功率参考值再减去无功功率实际值Qm1C得到无功功率差值，经过第一 PI环节得到无功电流参考值Iqrefl;或者交流电压外环控制器参考值Uacref加上关断角协调控制输入量k2 X Δ γ作为新的交流电压参考值，新的交流电压参考值大于原交流电压参考值Uac^f，新的交流电压参考值减去交流电压实际值Ua。得到交流电压差值，经过第二 PI环节得到无功电流参考值Iqref2;当常规直流单元逆变器的关断角γ大于额定值γ N时，关断角协调控制器的输出分别被第一限幅环节和第二限幅环节限制为O。
[0017]所述步骤2中，当故障判断模块判别交流系统没有发生近端故障，无功类外环控制选择器选择无功功率控制模式，则电流内环控制的无功电流参考值Iqrrf选取为无功电流参考值IqreflS过第四限幅环节的输出值；当故障判断模块判别交流系统发生了近端故障，无功类外环控制选择器选择交流电压控制模式，电流内环控制的无功电流参考值Iqrrf选取为无功电流参考值Iqrrf2经过第四限幅环节的输出值。
[0018]所述步骤3中，当故障判断模块判别交流系统发生了近端故障进入故障穿越模式后，通过第三限幅环节降低电流内环控制的有功电流参考值Idrrf的限幅大小，通过第四限幅环节提高电流内环控制的无功电流参考值Iqrrf的限幅大小，以降低柔性直流单元传输的有功功率，增强柔性直流单元无功功率的调节能力。
[0019]所述有功电流参考值Idref的获取是通过有功功率外环控制器的有功功率参考值Pref减去有功功率实际值Pmmc后的差值经由第三PI环节后再经第三限幅环节得到。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021]1、本发明能够利用柔性直流单元的无功控制能力降低常规直流单元发生换相失败的概率。
[0022]2、本发明能够提高混合背靠背直流系统穿越交流故障的能力，保证电网的安全稳定运行。
【附图说明】
[0023]图1是本发明采用的混合背靠背直流系统结构示意图；
[0024]图2是本发明一种提高混合背靠背直流系统的协调控制方法的框图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的内容做进一步详细说明。
[0026]实施例
[0027]本发明提供了一种提高混合背靠背直流系统抵御换相失败能力与故障穿越能力的协调控制方法。该控制方法配置于混合背靠背直流系统的逆变站。
[0028]在一个实施例中，柔性直流单元与常规直流单元并列运行的混合背靠背直流系统的结构示意图如图1所示。混合背靠背直流系统由常规直流单元与柔性直流单元构成，两直流单元在同一个换流站内，且共用同一交流母线。
[0029]常规直流单元整流侧采用定有功功率控制或定直流电流控制，逆变侧采用定直流电压或定关断角控制;柔性直流单元采用基于dq轴解耦的直接电流矢量控制方法，该控制方法可分为内环电流控制器和外环电压控制器两部分。其中，有功类外环控制器可根据有功功率参考值Pref计算得到电流内环控制器的d轴电流参考值Idref;无功类外环控制器可根据无功功率参考值Qref或交流电压参考值Uacref计算得到电流内环控制器的q轴电流参考值Iqref;内环电流控制器通过调节换流器输出电压，使dq轴电流快速跟踪其参考值。
[0030]为了进一步降低常规直流发生换相失败的概率，提高系统的故障穿越能力，本发明提供了一种协调控制方法，控制框图如图2所示。
[0031 ]协调控制方法的内容包括:
[0032]1:在柔性直流单元的无功功率外环控制器和交流电压外环控制器附加关断角协调控制器；
[0033]2:根据故障判断模块的判断结果选择柔性直流单元无功类外环控制的控制模式为无功功率外环控制器或交流电压外环控制器；
[0034 ] 3:根据故障判断模块的判断结果确定柔性直流单元的电流内环控制的无功电流参考值和有功电流参考值的限幅大小。
[0035]当常规直流单元逆变器的关断角γ减小到小于关断额定值γ N时，关断角协调控制器输出关断角差值A γ = γΝ-γ，该关断角差值Δ γ乘以比例系数kl的第一限幅环节后作用于无功功率外环控制器或者乘以比例系数k2的第二限幅环节后作用于交流电压外环控制器，无功功率外环控制器的无功功率参考值Qref减去关断角协调控制输入量kl X Δ γ作为新的无功功率参考值，新的无功功率参考值小于原无功功率参考值Qrrf，新的无功功率参考值再减去无功功率实际值Qm1C得到无功功率差值，经过第一 PI环节得到无功电流参考值Iqrefl;或者交流电压外环控制器参考值Uacref加上关断角协调控制输入量k2 X Δ γ作为新的交流电压参考值，新的交流电压参考值大于原交流电压参考值Uac^f，新的交流电压参考值减去交流电压实际值Ua。得到交流电压差值，经过第二 PI环节得到无功电流参考值Iqre3f2;两种控制模式均有助于稳定交流母线电压；当常规直流单元逆变器的关断角γ大于额定值γ N时，关断角协调控制器的输出分别被第一限幅环节和第二限幅环节限制为O，不会影响无功功率外环控制及交流电压外环控制的输出。
[0036]当故障判断模块判别交流系统没有发生近端故障时发出相应的选择信号，无功类外环控制选择器选择无功功率控制模式，则电流内环控制的无功电流参考值Iqrrf选取为无功电流参考值Iqrefl经过第四限幅环节的输出值;当故障判断模块判别交流系统发生近端故障时发出相应的选择信号，无功类外环控制选择器选择交流电压控制模式，电流内环控制的无功电流参考值Iqrrf选取为无功电流参考值Iqrrf2经过第四限幅环节的输出值。
[0037]柔性直流单元有功功率外环控制选择有功功率参考值Prrf与有功功率实际值Pmmc的差值作为输入，经过第三PI环节计算得出有功电流参考值，再经过第三限幅环节得到作为内环电流控制器的输入值Idref。需要指出的是:电流内环控制器的有功电流参考值Idref及无功电流参考值Iqref所经过的限幅环节(分别为第三限幅环节和第四限幅环节)限幅大小均由故障判断模块的输出进行控制。当故障判断模块判别交流系统发生了近端故障进入故障穿越模式后，通过降低柔性直流单元的电流内环控制的有功电流参考值Idrrf的限幅大小，提高无功电流参考值Iqrrf的限幅大小，达到降低柔性直流单元传输的有功功率，提高柔性直流无功功率的调节能力的目的，如果未进入故障穿越模式，可无需限幅。
[0038]电流内环控制器的输出通过调制成参考波作为换流站阀组控制的输入，最后通过换流站阀组控制模块控制可关断器件的开通与关断达到调控目标。
[0039]最后应当说明的是:所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
【主权项】
1.一种提高混合背靠背直流系统的协调控制方法，所述混合背靠背直流系统为柔性直流单元与常规直流单元并列运行，所述柔性直流单元与常规直流单元位于同一换流站内，且二者共用同一交流系统的交流母线;所述协调控制方法配置于所述混合背靠背直流系统的逆变站中，所述协调控制方法为提高混合背靠背直流系统抵御换相失败能力与故障穿越能力的方法;其特征在于， 所述柔性直流单元包括: 电流内环控制器，用于生成调制参考波，作为换流站阀组控制的输入； 有功功率外环控制器，用于通过第三限幅环节向电流内环控制器输出电流内环的有功电流参考值； 无功类外环控制选择器，其输入端连接无功功率外环控制器和交流电压外环控制器，用于选择无功功率外环控制器或交流电压外环控制器通过第四限幅环节向电流内环控制器输出电流内环的无功电流参考值； 故障判断模块，用于控制选择无功功率外环控制器或交流电压外环控制器，同时对第三限幅环节和第四限幅环节的限幅大小进行控制； 所述协调控制方法包括以下步骤: 步骤1、在柔性直流单元的无功功率外环控制器和交流电压外环控制器附加关断角协调控制器； 步骤2、根据故障判断模块的判断结果选择柔性直流单元无功类外环控制的控制模式为无功功率外环控制器或交流电压外环控制器； 步骤3、根据故障判断模块的判断结果确定柔性直流单元的电流内环控制的无功电流参考值和有功电流参考值的限幅大小。2.根据权利要求1所述的提高混合背靠背直流系统的协调控制方法，其特征在于，所述步骤I中，当常规直流单元的关断角减小到小于关断角额定值时，关断角协调控制器通过减小无功功率参考值，或者增加交流电压参考值，增加柔性直流单元发出的容性无功功率，稳定交流母线电压；当常规直流单元的关断角大于关断角额定值时，关断角协调控制器的输出为零。3.根据权利要求2所述的提高混合背靠背直流系统的协调控制方法，其特征在于，当常规直流单元逆变器的关断角γ减小到小于关断额定值γ N时，关断角协调控制器输出关断角差值Δ γ = γΝ-γ，该关断角差值Δ γ乘以比例系数kl的第一限幅环节后作用于无功功率外环控制器或者乘以比例系数k2的第二限幅环节后作用于交流电压外环控制器，无功功率外环控制器的无功功率参考值Qref减去关断角协调控制输入量kl X △ γ作为新的无功功率参考值，新的无功功率参考值小于原无功功率参考值Qrrf，新的无功功率参考值再减去无功功率实际值Qmc得到无功功率差值，经过第一 PI环节得到无功电流参考值1_?;或者交流电压外环控制器参考值Uacref加上关断角协调控制输入量k2 X Δ γ作为新的交流电压参考值，新的交流电压参考值大于原交流电压参考值Ua_f，新的交流电压参考值减去交流电压实际值Ua。得到交流电压差值，经过第二PI环节得到无功电流参考值Iqrrf2;当常规直流单元逆变器的关断角γ大于额定值γ N时，关断角协调控制器的输出分别被第一限幅环节和第二限幅环节限制为O。4.根据权利要求3所述的提高混合背靠背直流系统的协调控制方法，其特征在于，所述步骤2中，当故障判断模块判别交流系统没有发生近端故障，无功类外环控制选择器选择无功功率控制模式，则电流内环控制的无功电流参考值Iqre3f选取为无功电流参考值Iq—经过第四限幅环节的输出值；当故障判断模块判别交流系统发生了近端故障，无功类外环控制选择器选择交流电压控制模式，电流内环控制的无功电流参考值Iqrrf选取为无功电流参考值Iqref2经过第四限幅环节的输出值。5.根据权利要求4所述的提高混合背靠背直流系统的协调控制方法，其特征在于，所述步骤3中，当故障判断模块判别交流系统发生了近端故障进入故障穿越模式后，通过第三限幅环节降低电流内环控制的有功电流参考值Idre3f的限幅大小，通过第四限幅环节提高电流内环控制的无功电流参考值Iqrrf的限幅大小，以降低柔性直流单元传输的有功功率，增强柔性直流单元无功功率的调节能力。6.根据权利要求5所述的提高混合背靠背直流系统的协调控制方法，其特征在于，所述有功电流参考值Idrrf的获取是通过有功功率外环控制器的有功功率参考值Prrf减去有功功率实际值Pmmc后的差值经由第三PI环节后再经第三限幅环节得到。
【文档编号】H02J3/18GK105932706SQ201610383062
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】王振, 赵成勇, 蒋碧松, 郭春义, 李晋伟, 陈欢, 国建宝, 黄义隆
【申请人】中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心, 华北电力大学