一種改善交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的vsc-hvdc交流電壓-頻率協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改善交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的 VSC-HVDC交流電壓-頻率協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電壓源換流器型直流輸電系統(tǒng)（voltage source converter based high voltage direct current，VSC-HVDC)采用可自關(guān)斷的電力電子器件，不需要外加的換相電壓即可實 現(xiàn)換相，因此可用于聯(lián)接弱交流電網(wǎng)。
[0003] 目前我國的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，地區(qū)局部電網(wǎng)主要通過交流線路與主網(wǎng)相連，當?shù)貐^(qū)局 部電網(wǎng)和主網(wǎng)的交流聯(lián)絡較弱、通道潮流較重時，系統(tǒng)易出現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定性和小擾動穩(wěn)定性 較差等問題。隨著VSC-HVDC技術(shù)的逐漸成熟，用VSC-HVDC異步聯(lián)接地區(qū)局部電網(wǎng)與主網(wǎng) 成為一種新的選擇，該連接方式的突出優(yōu)勢在于能夠根除低頻振蕩問題，異步聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)既 能夠避免地區(qū)局部電網(wǎng)機組參與主網(wǎng)的低頻振蕩模式，此外，即使地區(qū)局部電網(wǎng)內(nèi)部出現(xiàn) 低頻振蕩或功率強迫振蕩等問題，故障也不會傳導至主網(wǎng)。該技術(shù)優(yōu)勢特別適用于解決我 國西南部小水電密集地區(qū)由交流同步聯(lián)網(wǎng)方式引起的低頻振蕩問題。
[0004] 雖然VSC-HVDC異步聯(lián)網(wǎng)方案可以解決地區(qū)電網(wǎng)引起的系統(tǒng)低頻振蕩問題，但地 區(qū)電網(wǎng)較弱時，這種弱交流系統(tǒng)采用VSC-HVDC異步聯(lián)網(wǎng)時也會遇到新的問題，如電壓失 穩(wěn)、頻率失穩(wěn)等問題。包含大量小水電群的地區(qū)電網(wǎng)缺少大型電源，當小水電群電網(wǎng)通過 VSC-HVDC異步聯(lián)網(wǎng)時，小水電群電網(wǎng)屬于典型的弱交流系統(tǒng)，其特點是：（1) VSC換流站短 路比低；(2)電網(wǎng)機械慣量?。唬?)交流網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱。由于小水電群電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄 弱，部分N-1交流故障將造成電網(wǎng)解列或電廠解列，從而引起小水電群電網(wǎng)的功率不平衡 和VSC-HVDC短路比降低，進而可能導致電壓或頻率失穩(wěn)。
[0005] 當VSC-HVDC用于上述小水電群電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)場景時，需對VSC-HVDC的控制目標 進行擴展，以提高小水電群電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定性。
[0006] 目前VSC(電壓源型換流器）廣泛采用電流矢量控制技術(shù)，該技術(shù)使得VSC換 流站具有d、q軸兩個解耦的控制維度，可分別實現(xiàn)有功、無功的控制。目前已有文獻 對VSC-HVDC聯(lián)接弱交流系統(tǒng)時的控制策略進行了研宄。Zhang Lidong、Harnefors Lennart、Nee Hans-Peter 在標題為 Interconnection of two very weak AC systems by VSC-HVDC links using power-synchronization control (IEEE Transactions on Power Systems，2011，26(1) :344-355)的文獻中提出了一種功率同步控制策略，該策略使VSC能 夠自動控制輸出交流電壓的相位，無需外界交流系統(tǒng)提供交流電壓參考相位，因此適用于 VSC聯(lián)于弱交流系統(tǒng)的場景。朱瑞可、王渝紅、李興源等在標題為用于VSC-HVDC互聯(lián)系統(tǒng)的 附加頻率控制策略（電力系統(tǒng)自動化，2014, 38(16) : 81-87)的文獻中對VSC定有功功率控 制器中引入了頻率-有功功率和直流電壓-有功功率斜率特性，對VSC定直流電壓控制器 中引入頻率-直流電壓斜率特性，該控制方法可提高VSC-HVDC所聯(lián)接的兩端交流系統(tǒng)的頻 率穩(wěn)定性。
[0007] 但是，目前的VSC控制策略未考慮暫態(tài)過程中各個控制目標（1、VSC-HVDC直流電 壓保持穩(wěn)定；2、VSC交流側(cè)故障時能夠控制其閥側(cè)故障電流；3、VSC交流母線電壓控制在安 全范圍；4、VSC交流側(cè)系統(tǒng)頻率控制在安全范圍）可能發(fā)生沖突的情況，因此可能不利于 VSC-HVDC所聯(lián)接的交流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種改善交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定 性的VSC-HVDC交流電壓-頻率協(xié)調(diào)控制方法，能夠嚴格實現(xiàn)控制目標優(yōu)先級排序的VSC控 制器結(jié)構(gòu)，有效改善弱交流電網(wǎng)的電壓和頻率暫態(tài)穩(wěn)定性。
[0009] 一種改善交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的VSC-HVDC交流電壓-頻率協(xié)調(diào)控制方法，包括如 下步驟：
[0010] (1)對于VSC-HVDC中弱交流系統(tǒng)側(cè)的VSC，檢測獲取其網(wǎng)側(cè)的交流系統(tǒng)頻率f、三 相交流電壓的有效值u s、交流有功功率Ps、交流無功功率1以及其直流側(cè)的直流母線電壓 Udc;
[0011] ⑵根據(jù)所述的交流有功功率Ps、交流系統(tǒng)頻率f?和直流母線電壓Ud。，采用基于帶 死區(qū)的有功-頻率下垂特性加直流電壓裕額控制特性的控制算法計算出該VSC閥側(cè)d軸電 流參考量i vdMf;
[0012] (3)根據(jù)所述的交流無功功率Qs和三相交流電壓有效值113，采用基于帶死區(qū)的無 功-交流電壓下垂特性的控制算法計算出該VSC閥側(cè)q軸電流參考量i vvrf;
[0013] ⑷根據(jù)所述的d軸參考量ivd,jp q軸參考量i vqMf采用內(nèi)環(huán)電流控制算法，計算 生成得到該VSC的三相調(diào)制電壓信號，進而利用三相調(diào)制電壓信號通過調(diào)制技術(shù)生成一組 開關(guān)信號以控制該VSC中的功率開關(guān)器件；
[0014] VSC-HVDC中另一交流系統(tǒng)側(cè)的VSC采用常規(guī)的定直流電壓和定無功功率（或定交 流電壓）的控制方式。
[0015] 所述的步驟（2)中采用基于帶死區(qū)的有功-頻率下垂特性加直流電壓裕額控制特 性的控制算法計算VSC閥側(cè)d軸電流參考量1_#的具體過程如下：
[0016] A1.使預設的有功功率參考量PSMf減去交流有功功率P s，進而對相減結(jié)果進行PI 調(diào)節(jié)得到VSC閥側(cè)d軸電流參考量ivdMfl;
[0017] A2.使有功功率參考量Ps,ef減去交流有功功率P s，進而對相減結(jié)果進行比例調(diào)節(jié) 得到有功功率誤差量△ Psl;使預設的死區(qū)頻率上限參考量f Mfl減去交流系統(tǒng)頻率f，進而 對相減結(jié)果進行比例調(diào)節(jié)得到交流系統(tǒng)頻率誤差量Afsl;使有功功率誤差量AP sl與交流 系統(tǒng)頻率誤差量△ fsl相加，進而對相加結(jié)果進行PI調(diào)節(jié)得到VSC閥側(cè)d軸電流參考量 1 vdref2;
[0018] A3.對VSC閥側(cè)d軸電流參考量1_{1與i vdMf2進行大小比較，取較小值作為VSC 閥側(cè)d軸電流參考量ivdraf3;
[0019] A4.使有功功率參考量Ps,ef減去交流有功功率P s，進而對相減結(jié)果進行比例調(diào)節(jié) 得到有功功率誤差量△ Ps2;使預設的死區(qū)頻率下限參考量f Mf2減去交流系統(tǒng)頻率f，進而 對相減結(jié)果進行比例調(diào)節(jié)得到交流系統(tǒng)頻率誤差量Afs2;使有功功率誤差量AP s2與交流 系統(tǒng)頻率誤差量△fs2相加，進而對相加結(jié)果進行PI調(diào)節(jié)得到VSC閥側(cè)d軸電流參考量 -^-vdref4*
[0020]A5.對VSC閥側(cè)d軸電流參考量ivdMf#ivdMf4進行大小比較，取較大值作為VSC閥側(cè)d軸電流參考量ivdraf5;
[0021] A6.使預設的直流電壓上限參考量仏。_減去直流母線電壓Ud。，進而對相減結(jié)果 進行PI調(diào)節(jié)得到VSC閥側(cè)d軸電流參考量ivdraf6;
[0022] A7.對VSC閥側(cè)d軸電流參考量ivdref5與ivdref6進行大小比較，取較小值作為VSC 閥側(cè)d軸電流參考量ivdraf7;
[0023] A8.使預設的直流電壓下限參考量Udraef2減去直流母線電壓Ud。，進而對相減結(jié)果 進行PI調(diào)節(jié)得到VSC閥側(cè)d軸電流參考量ivdraf8;
[0024] A9.對VSC閥側(cè)d軸電流參考量ivdMf#ivtof8進行大小比較，取較大值經(jīng)上下限 為土ivdlim的電流限幅，得到VSC閥側(cè)d軸電流參考量ivdMf;ivdlim為VSC的d軸外環(huán)電流限 幅閾值。
[0025] 所述的步驟（3)中采用基于帶死區(qū)的無功-交流電壓下垂特性的控制算法計算 VSC閥側(cè)q軸電流參考量iV(1Mf的具體過程如下：
[0026] B1.使