[发明专利]一种含MMC直流输电系统电流振荡抑制的阻尼控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及直流输电领域，具体讲涉及一种含MMC直流输电系统电流振荡抑制的阻尼控制方法。

背景技术

基于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电技术以其有功功率和无功功率独立可控的性能的得到了较快的发展，在光伏和风电等可再生能源接纳、输送和消纳方面具有重大意义。VSC-HVDC存在两电平或三电平以及模块化多电平的拓扑结构，其中以模块化多电平为换流器的拓扑结构在直流输电领域应用最为广泛。

含有MMC的HVDC系统在直流场中存在电容、平波电抗器与直流线路等，因此直流系统存在与主电路参数有关的中低频谐振频率点，也存在与主电路和线路参数有关的高频谐振频率点。由于直流场设备的等效电阻较小，换流阀开关器件的死区效应、通信延时、触发延时等外部因素均可能引起系统振荡，在某些极端情况下会严重恶化直流输电系统的运行性能，严重将导致换流站闭锁停运，给交流系统和直流系统造成重大损失。基于以上原因，如果控制系统不能提供一定的阻尼，直流电流将持续存在较大的中低频振荡分量，易引起监控设备报警，严重情况下可能导致换流站闭锁停运。直流电流的中低频振荡现象在一些柔性直流输电工程中已经出现，这种振荡现象为非衰减和非等幅振荡，具有持续性和周期性。为了使含有MMC的直流输电系统能够在各种潮流工况和外部干扰下稳定可靠的运行，需要抑制直流电流的谐振振荡分量和提高直流输电系统的阻尼特性。

直流电压和直流电流是表征直流输电系统有效运行的重要指标，尽管直流输电系统的稳定性表面上是由直流电压的稳定性来体现的，但直流电流比直流电压更容易体现系统的运行性能。

为了抑制直流电流的谐振振荡以及提高直流输电系统的运行稳定性，需要为直流系统提供一定的阻尼，以使直流输电系统能够快速衰减直流电流的振荡分量。如果控制系统不能提供所需的阻尼，直流电流持续的谐振振荡将增大系统的输电损耗，缩短换流站和直流设备的使用寿命，其中直流电流的高频谐振分量对邻近的设备也会产生电磁干扰，影响其正常工作。

因此，需要提供一种既能抑制直流电流震荡又可兼有提高整个系统稳定性的作用的技术方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种含MMC直流输电系统电流振荡抑制的阻尼控制方法，包括步骤：A.构建MMC简化等效模型；B.选择阻尼控制器结构，确定阻尼控制器的最终表现形式，并配置阻尼控制器的参数；C.基于阻尼控制器的最终表现形式和换流器出口的直流电流，获取阻尼补偿电压；D.将阻尼补偿电压送入换流阀阀基控制器，得到修正MMC的桥臂参考电压，实现电流振荡分量的抑制。

步骤B中阻尼控制器的最终表现形式G_damp(S)如下式表示：

式中，R_vir：虚拟电阻；k_HPF：高通滤波器的增益；ω_HPF：高通滤波器的截止频率；s：拉普拉斯算子；k_R：谐振控制器的增益；ω_caf：谐振频率。

虚拟电阻R_vir计算如下式所示：

其中，k_pdc为定直流电压控制器的比例系数，U_s为定直流电压控制站PCC点相电压的幅值，C_eq1为定功率站MMC的等效电容，C_eq2为定直流电压站MMC的等效电容，ω_r为谐振角频率，U_dcN为额定直流电压，a₀和a₁分别为系统根据主电路参数和控制器参数设置而得到的常数，η为抑制系数。

步骤C中直流电流的获取途径包括：检测换流器的输出电流或计算获得。

步骤C中的阻尼补偿电压计算公式如下式所示：

Δu_damp＝G_damp(s)·i_dc

其中，i_dc为换流器出口的直流电流。

步骤D中修正MMC的桥臂参考电压如下所示：

其中，和分别为j相上桥臂和下桥臂的参考电压，MMC交流侧输出电压的参考值；环流抑制参考电压。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：