[发明专利]基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法

权利要求书

1.一种基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在MMC控制中引入虚拟阻抗控制

所述MMC采用双环控制，在采用定功率外环控制的MMC站中，MMC直流电流与直流电压通过电流内环控制建立联系，故在内环控制中引入虚拟阻抗Zv__MMC；

将外环控制输出的参考电流的dq轴分量i_ref,d和i_ref,q作为内环电流控制的输入信号；并考虑耦合项ω_bL_Ti_d、ω_bL_Ti_q和u_sd、u_sq对dq轴电流分量的影响，其中，i_d和i_q为公共连接点dq轴电流分量，L_T是MMC交流侧等值电感，ω_b是交流侧的基准频率，u_sd、u_sq为公共连接点dq轴电压分量；电流内环控制器的输出电压u_cref,d和u_cref,q经过PWM调制过程之后得到换流器的交流侧的等效输出电压u_cd，u_cq；通过在PWM调制前引入虚拟阻抗Z_{v_MMC}来调控输出电压u_cref,d和u_cref,q至新的电压u’_cref,d和u’_cref,q；

步骤2：计算虚拟阻抗

推导MMC的阻抗模型，得到其输出阻抗值，其中定功率站等效受控电流源的输出阻抗Z_EP推导过程如下：

在dq坐标系下的内环输出量表示为

其中，ω为交流系统的角频率，G_c，G_LT为矩阵代号，Δu_cref,d和Δu_cref,q为电流内环控制器的输出电压dq轴分量的扰动量；K_c(s)为电流内环PI控制器的传递函数；Δi_ref,d和Δi_ref,q为外环控制输出的参考电流的dq轴分量的扰动量；Δi_d和Δi_q为公共连接点dq轴电流分量的扰动量；Δu_sd和Δu_sq为公共连接点dq轴电压分量的扰动量；Δu_sd、Δu_sq表示为下式：

其中，Z_T为交流侧等效阻抗；R_T为交流侧等值电阻；Δu_cd和Δu_cq为MMC换流站交流侧的等效输出电压dq轴分量的扰动量；

PWM环节的调制过程用一个延时环节表示为：

其中，T_sw为开关延时，f_sw为开关频率；G_PWM为上述延时环节传递函数，s为拉普拉斯算子；

电流内环输出的电压参考值u_cref,d和u_cref,q经过PWM调制过程之后得到换流器的交流侧的等效输出电压u_cd，u_cq为

联立式(1)-式(4)得

电流参考值i_ref,d和i_ref,q的表达式为

其中，G_u0和G_i0为矩阵代号，K_p(s)为功率外环PI控制器的传递函数；u_sd0和u_sq0为公共连接点dq轴电压分量的稳态值；i_d0和i_q0为dq轴电流分量的稳态值；

联立式(2)、式(5)、式(6)得

其中，E为单位矩阵；G_iA和G_uA为矩阵代号；

消去交流侧的电气扰动量Δu_cd、Δu_cq、Δi_d和Δi_q得：

其中，m_d0和m_q0分别为d轴和q轴的调制度，G_A为矩阵代号；v_dc0和i_dc0分别为MMC换流站直流侧电压和电流的稳态值；Δi_dc和Δv_dc分别为MMC换流站直流侧电压和电流的扰动量；u_cd0和u_cq0MMC换流站交流侧的等效输出电压dq轴分量的稳态值；

定功率站等效受控电流源的输出阻抗Z_EP的最终表达式为

Z_EP进一步等效后得到MMC定功率站的输出阻抗Z_P表达式为

其中，C_eq为等效电容，R_arm和L_arm分别为桥臂电阻和桥臂电感；

引入虚拟阻抗后将式(5)改写为

其中，K_VIC为虚拟阻抗调节系数；

进而将式(8)改写为：

其中，G_V为矩阵代号；

根据式(12)得引入虚拟阻抗后系统阻抗为

从式(13)看出，虚拟阻抗控制器投入后，系统的等效阻抗在原有模型的基础上增加了一部分，增加的量即为虚拟阻抗值，该值为：

其中，G_V通过调节引入的虚拟阻抗调节系数K_VIC的值进行改变，从而改变虚拟阻抗Z_{v_MMC}的数值；

步骤3：实现虚拟阻抗控制

当检测到直流侧实际测量电流值I_{dc_m}与直流侧额定电流值I_{dc_rated}的差值超过设定阈值时，通过发送触发信号0，使调节系数K_VIC的值为虚拟阻抗控制模块的输出值，虚拟阻抗投入使用当检测到直流侧实际测量电流值I_{dc_m}与直流侧额定电流值I_{dc_rated}的差值没有设定阈值时，通过发送触发信号1，切换调节系数K_VIC的值为0，虚拟阻抗不再投入，所有MMC的控制变为正常运行时的控制；

步骤4：经过200ms～300ms的故障穿越时间后，系统恢复运行。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法，其特征在于，所述故障电流抑制方法也适用于定直流电压控制MMC站。