一种直流线路电流超调和震荡主动抑制的方法

摘要

本发明涉及直流输电领域一种直流线路电流超调和震荡主动抑制的方法，适用于柔性直流输电系统和柔性-常规直流输电系统，该方法包括：提取直流电流波动分量；设定直流电流波动分量的给定参考值；配置比例积分谐振PIR控制器；获取电压补偿值。本发明提供的技术方案有效改善换流器动态过程中直流线路电流的超调量，以及具有抑制直流电流周期震荡的作用；不增加外部硬件电路及设备，只需软件控制算法，有利于降低投资；适用于柔性直流输电系统以及柔性-常规直流输电系统，具有降低常规换流器直流侧平波电抗器的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统直流输电领域，具体讲涉及一种直流线路电流超调和震荡主动抑制的方法。

背景技术

直流输电可以实现异步电网互联、远距离高电压大功率输电、特大城市供电等，尤其是以柔性直流技术的产生极大地推动了直流输电的发展进程，在新能源发电接入与消纳方面具有重大优势。

直流输电技术的发展进程主要经历两大时期，一是以晶闸管为换流器件的LCC常规直流输电发展时期；另一种是以IGBT为换流器件的柔性直流输电发展时期，其中柔性直流输电技术发展过程中以模块化多电平技术发展最为快速。

当前，由于LCC常规直流输电采用的是晶闸管相控方式，换流器直流侧电压和电流以6或12倍工频周期波动，为了抑制直流电流的波动，通常采用的方式是在直流侧安装庞大的平波电抗器，平波电抗器的等效电感值越大，则直流电流的波动程度越小，尽管这种方式可以降低直流电流的波动程度，但只是一种被动的抑制方式。然而，大部分柔性直流输电工程采用的是模块化多电平技术，采用可控器件作为换流器件可以有效控制换流器输出的直流电压，虽然直流电压不会出现周期性的波动，但是在功率和负荷突变、交流电压扰动等情况下，直流线路电流的动态响应过程可能存在超调过大的情况。

未来电网是交流电网、常规直流输电和柔性直流输电有机结合的交直流混合电网。常规直流输电的直流电压存在周期性的波动，因此线路必定存在同频率波动的电流分量，然而，过大的电抗器必然会增加设备体积、占地面积以及工程投资，同时降低了直流电流的动态响应特性。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种直流线路电流超调和震荡主动抑制的方法，该方法能够适用于柔性直流输电系统以及柔性-常规直流输电系统，具有改善直流线路电流特性以及降低平波电抗器体积的作用。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种直流线路电流超调和震荡主动抑制的方法，适用于柔性直流输电系统和柔性-常规直流输电系统，其改进之处在于，所述方法包括：

(1)提取直流电流波动分量；

(2)设定直流电流波动分量的给定参考值；

(3)配置比例积分谐振PIR控制器；

(4)获取电压补偿值。

进一步地，所述提取直流电流波动分量包括：检测换流器直流侧的输出电流，将直流电流检测值送入高通滤波器中滤除电流中的直流分量，得到直流电流的波动分量，高通滤波器的阶数不限于一阶；高通滤波器的传递函数HPF如下式①所示：

$\mathrm{HPF}=\frac{s}{s+{\omega }_c}$>

其中，ω_c为高通滤波器的截止角频率。

进一步地，设置所述直流电流的给定参考值

进一步地，所述配置比例积分谐振PIR控制器包括：比例积分谐振PIR控制器中比例部分P和积分部分I均存在，对于谐振部分R，若柔性直流输电两端为电压源型换流器，则谐振控制器中含有2倍频分量控制器以用于抑制交流电网不对称时产生的二倍频电流波动；若一端换流站采用电压源型换流器，另外一端换流站是常规直流输电的换流站，则谐振控制器包含相应脉波数倍频控制器以抑制脉动的直流电流。

进一步地，获取电压补偿值的方法是：将检测到的直流电流经过高通滤波器处理后的波动分量值与给定参考值比较，并将误差送入比例积分谐振控制器中产生直流电压补偿分量为防止补偿量过大，需要对其进行限幅，限幅的大小根据实际系统确定，其中比例积分谐振PIR控制器的传递函数为下式：

$\mathrm{PIR}=k_p+\frac{k_i}{s}+\underset{h}{\overset{\infty }{\Sigma }}\frac{k_{r}s}{s^2+{\omega }_h^2}$>

其中，k_p为比例系数，k_i为积分系数，k_r为谐振系数，h表示需要抑制的周期震荡分量的谐波角频率次数，柔性直流输电时包含2倍基波频率，常规-柔性直流输电时包含2倍基波频率以及6或12倍工频频率：

将叠加至原有桥臂参考电压中产生新的桥臂参考电压，以确定每个桥臂需要投入的模块数，所述新的桥臂参考电压表达式如下式③所示：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{pj}}^{*}=\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}-u_{\mathrm{cj}}^{*}-u_{\mathrm{cir}2j}^{*}+\Delta u_{\mathrm{dc}}^{*}\\ u_{\mathrm{nj}}^{*}=\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}+u_{\mathrm{cj}}^{*}-u_{\mathrm{cir}2j}^{*}+\Delta u_{\mathrm{dc}}^{*}\end{array}\right)$>

其中，u_dc为换流器直流侧电压，为原始换流器交流侧参考电压，为原始二倍频三相环流抑制产生的参考电压，为直流电压补偿值，上述量中下标j表示a、b、c三相，p表示上桥臂相关的量，n表示下桥臂相关的量，将六个桥臂参考电压送入阀控制器产生触发脉冲驱动相应的子模块动作。

本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

1、有效改善换流器动态过程中直流线路电流的超调量和震荡周期，以及具有抑制直流电流周期震荡的作用。

2、不增加外部硬件电路及设备，只需软件控制算法，有利于降低投资；

3、适用于柔性-常规直流输电系统，具有降低常规换流器直流侧平波电抗器的作用。

附图说明

图1是本发明提供的直流输电系统结构图；

图2是本发明提供的模块化多电平换流器结构图；

图3是本发明提供的子模块结构图；

图4是本发明提供的主动抑制控制补偿器结构图；

图5是本发明提供的直流线路电流震荡主动抑制的方法的流程图；

图6是本发明提供的柔性直流输电时直流线路电流对比仿真图；

图7是本发明提供的柔性-常规直流输电时直流线路电流对比仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。其他实施方案可以包 括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

如图1所示的一种直流输电领域直流线路电流超调和震荡主动抑制的方法，所述方法适用于柔性直流输电系统和柔性-常规直流输电系统，所述换流器为模块化多电平换流器，其结构图如图2所示，模块化多电平换流器包括三相六桥臂，每个桥臂由子模块级联组成，子模块的结构图如图3所示。

直流输电领域直流线路电流超调和震荡主动抑制的方法的控制器结构如图4所示，其实现步骤如图5所示，具体的过程如下：

(1)提取直流电流波动分量。检测换流器直流侧的输出电流，同时将检测到的电流送入高通滤波器中，滤除电流中的直流分量，得到直流电流的波动分量，其中高通滤波器的阶数不限于一阶；

以图1所示的正参考方向检测直流线路电流，将直流电流检测值送入高通滤波器滤除直流分量，得到波动分量，其中HPF的传递函数为下式

$\mathrm{HPF}=\frac{s}{s+{\omega }_c}$>

其中，ω_c为截止角频率：

(2)设定直流电流波动分量的给定参考值。为了抑制直流电流超调和周期震荡，需将图4中给定参考值设置为零；

(3)配置PIR控制器。PIR控制器中比例部分P和积分部分I都需存在，但是对于谐振部分R来说，若两端都是电压源型换流器，则谐振控制器中需含有2倍频分量控制器以用于抑制交流电网不对称时产生的二倍频电流波动；若一端换流站采用电压源型换流器，另外一端换流站是常规直流输电的换流站，则谐振控制器还应该包含相应脉波数倍频控制器以抑制脉动的直流电流。

(4)获取电压补偿值。将步骤(1)中经过高通滤波器处理后的直流电流与设定值作差，将产生的差值送入PIR控制器中，将PIR控制器产生的电压补偿值进行限幅，限幅的大小需要根据实际工程的电压等级来确定；将最后的补偿电压叠加至原始桥臂参 考电压中得到最新的桥臂参考电压，从而确定每个桥臂需要投入的模块数。具体为：

将检测到的直流电流经过高通滤波器处理后的波动分量值与给定参考值比较，并将误差送入比例积分谐振控制器中产生直流电压补偿分量进行限幅，限幅的大小根据实际系统确定，其中比例积分谐振PIR控制器的传递函数为下式：

$\mathrm{PIR}=k_p+\frac{k_i}{s}+\underset{h}{\overset{\infty }{\Sigma }}\frac{k_{r}s}{s^2+{\omega }_h^2}$>

其中，k_p为比例系数，k_i为积分系数，k_r为谐振系数，h表示需要抑制的周期震荡分量的谐波角频率次数，柔性直流输电时包含2倍基波频率，常规-柔性直流输电时包含2倍基波频率以及6或12倍工频频率：

将叠加至原有桥臂参考电压中产生新的桥臂参考电压，以确定每个桥臂需要投入的模块数，所述新的桥臂参考电压表达式如下式③所示：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{pj}}^{*}=\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}-u_{\mathrm{cj}}^{*}-u_{\mathrm{cir}2j}^{*}+\Delta u_{\mathrm{dc}}^{*}\\ u_{\mathrm{nj}}^{*}=\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}+u_{\mathrm{cj}}^{*}-u_{\mathrm{cir}2j}^{*}+\Delta u_{\mathrm{dc}}^{*}\end{array}\right)$>

其中，u_dc为换流器直流侧电压，为原始换流器交流侧参考电压，为原始二倍频三相环流抑制产生的参考电压，为直流电压补偿值，上述量中下标j表示a、b、c三相，p表示上桥臂相关的量，n表示下桥臂相关的量，将六个桥臂参考电压送入阀控制器产生触发脉冲驱动相应的子模块动作。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。