[发明专利]基于级联型混合直流下垂控制的次同步振荡控制方法

说明书

本发明公开一种基于级联型混合直流下垂控制的次同步振荡控制方法，先提取逆变侧交流系统频率值f，然后将频率值f与额定频率相减得到频率偏差值；再将所得频率偏差值输入带通滤波器进行滤波，得到次同步振荡信号；将次同步振荡信号输入PI控制器，得到次同步振荡抑制附加信号；将次同步振荡抑制附加信号附加到直流电压偏差控制中，并乘以下垂系数；最终将输出信号给到功率控制环节得到考虑了次同步振荡的功率参考值。本发明可利用级联型混合直流输电系统设计附加控制器，从而抑制交流系统的次同步振荡，目前尚无基于混合直流的相关控制方法。

技术领域

本发明涉及混合直流输电技术领域，具体为一种基于级联型混合直流下垂控制的次同步振荡控制方法。

背景技术

混合直流输电由于结合了常规直流（LCC-HVDC）与柔性直流（VSC-HVDC）两种各自的优点，近年来已经成为直流输电技术的重要发展方向。受端级联混合直流输电（如图1）的整流站由2组12脉动LCC串联构成，逆变站由1组12脉动换相换流器（LCC）和电压源换流器（VSC）并联组串联构成，并将低端VSC扩展为多个VSC并联并落点于不同区域电网，在增加混合直流系统传输功率的同时，多落点结构也同时有利于工程的分期建设（图中MMC为模块化多电平换流器，属于VSC的一种）。而受端换流站由于多个VSC换流站并联后再与LCC换流站级联，实际已经形成了多端系统，赋予了多个VSC逆变站功率分配的能力。

下垂控制策略最初被提出应用于交流发电机的一次调频系统，当交流系统频率变化时，发电机输出功率随之调整并变化。之后，随之柔性直流输电的出现，下垂控制被应用于多端柔性直流电网中。直流电网下垂控制策略的控制思路可以有两种模式：直流电压-直流功率下垂控制和直流电压-直流电流下垂控制，两者工作原理并无差别。与交流发电机调频器的下垂策略不同，两种直流下垂控制策略均针对直流侧的功率和直流系统电压进行设计，而交流系统调频器主要针对交流系统中发电机的输出功率与交流系统频率进行设计。

电力系统次同步振荡是指发电机经补偿度较高的串补线路接入系统或者直流输电、静止无功补偿装置控制装置参数设置不当时，较易出现网络的电气谐振频率与大型汽轮发电机轴系的自然扭振频率接近的情况，次同步振荡将造成发电机大轴扭振、破坏大轴，由于振荡频率低于同步频率，该现象成为次同步振荡。

针对电力系统次同步振荡现有技术方案及其缺点如下：

（1）措施 1：利用STATCOM抑制次同步振荡，可以参考以下文献：

[参考文献1]李啸骢,杨潇.基于非线性方法的STATCOM抑制次同步振荡控制策略研究[J].电气自动化,2020,42(04):37-41.

但STATCOM主要针对无功功率进行控制，次同步振荡主要为有功振荡，利用STATCOM抑制次同步振荡的一方面效果欠佳，另一方面受有功无功解耦影响该措施响应速度不佳，不及混合直流有功控制环节快速可控。

（2）措施2：设计常规高压直流次同步振荡阻尼控制器抑制次同步振荡，可以参考以下文献：

[参考文献2] 刘一涛,张楠,高靖,王征,江涛.应用于高压直流换流站近区机组的次同步振荡阻尼控制器研究[J].高压电器,2018,54(03):181-187.

但该措施设计的控制器非一方面均是基于整流站的定电流控制模式，由于常规直流没有下垂控制这种控制模式，所以其本质上的控制原理与下垂控制没有联系；另一方常规直流的整流站基本都位于送端电网，无法应用于受端电网的次同步振荡、次同步谐振等振荡抑制。

（3）措施3：利用新能源设计附加阻尼控制抑制次同步振荡，可以参考以下文献：

[参考文献3]吴熙,王梦婷,施星宇,徐珊珊,袁超,杨宏宇.基于无模型自适应控制的双馈风机次同步振荡附加阻尼控制方法[J].中国电机工程学报,2022,42(10):3601-3614.