[发明专利]基于乒乓控制的单回直流大信号调制控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉交直流输电系统暂态稳定控制领域，特别是涉及一种基于乒乓控制的单回直流大信号调制控制器及其控制方法。

背景技术

随着越来越多的大功率直流输电集中落点到负荷中心，直流输电的庞大规模、快速控制响应能力对电网的动态特性、稳定风险和控制手段带来了一系列复杂的影响和深刻的变化。其中，直流的快速有功调节能力为提升大电网的同步稳定能力提供了新的有效手段。

交直流大电网在严重交流故障或直流双极闭锁等故障下的暂态失稳仍然是限制电网输电能力的主要约束。目前，交流电网对于短路引起的区域间有功失衡和同步发电机功角摇摆问题一直缺少真正有效的抑制手段。抑制大电网扰动后的第1-2摆的失稳需要快速的大幅度的有功调节手段。而无论发电机PSS还是FACTs受其有功潮流调节能力限制，均只能对小幅度的功率振荡提供阻尼，却难以对大规模电网的暂态稳定，尤其是第1-3个摇摆周期内功角失稳起到良好的抑制作用。直流输电的存在为改善大电网的暂态稳定性提供了全新的、更加有效的控制手段。

直流输电系统有功功率幅度较大，调节速度较快。尤其是多回直流共同参与调节，可进一步提升单位调节功率幅度和速度，使得直流输电系统的快速功率调制为改善大电网暂态稳定裕度提供了新的有效的控制手段。当严重交流故障或者单回直流双极闭锁等故障发生时，输电通道中的其它直流可以在快速辨识振荡模式的基础上，通过直流功率的快速、紧急调制，有效地控制发电机群摇摆过程中区域间的功率平衡关系，起到抑制功角摇摆，提高稳定极限的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设计简单，方便实用的基于乒乓控制的单回直流大信号调制控制器。

本发明的另一目的在于提供一种控制简单方便的基于乒乓控制的单回直流大信号调制控制器的控制方法。本发明针对直流输电系统有功功率幅度较大，调节速度较快的特点，为改善大电网暂态稳定裕度提供了新的有效的控制手段，能快速有效提升电网暂态稳定水平。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明的基于乒乓控制的单回直流大信号调制控制器，包括有采样控制器、微分控制器、功率控制器、功率限制器、功率转换器，其中采样控制器的输入端与直流线路整流侧换流站和逆变侧换流站相连，采集换流站的功角、电压等信号，采样控制器有两个输出端，一个输出端输出功角差信号，该输出功角差信号的输出端与微分控制器的输入端相接，采样控制器的另一个输出端输出换流站母线电压和直流电压信号，微分控制器的输出换流站母线电压和直流电压信号的输出端与功率控制器的输入端和功率转换器的输入端相接，功率控制器输出直流功率调制信号，且功率控制器的输出端与功率限制器的输入端相接，功率限制器的输出端输出直流功率调制信号，且功率限制器的输出端与功率转换器的输入端相接，功率转换器输出直流电流调制信号，且功率转换器的输出端与直流逆变侧换流站内部电流控制器相接。

当严重交流故障或者单回直流双极闭锁等故障发生时，该直流控制器的控制器通过采集的信号快速辨识出系统的振荡模式，通过直流功率的快速、紧急调制，有效地控制发电机群摇摆过程中区域间的功率平衡关系，起到抑制功角摇摆，提高稳定极限的作用。

本发明基于乒乓控制的单回直流大信号调制控制器的控制方法包括如下步骤：

1)采样控制器的功能是从直流输电系统整流站采集交流母线功角δ_rec和电压V_rec控制信号,从直流逆变站采集交流母线功角δ_inv和电压V_inv控制信号，从直流输电线采集直流电压控制信号U_dc，对这些信号进行滤波，并得到整流侧和逆变侧的功角差信号Δδ、滤波后的交流母线电压控制信号V_rec*和V_inv*，以及滤波后的直流电压控制信号U_dc*；

2)微分控制器将信号采样控制器输出的功角差信号Δδ进行微分，得到直流连接的两段系统的角速度差信号Δω；

3)微分控制器输出角速度差信号Δω输入到功率控制器中，进过乒乓控制，得到直流功率调制量的连续控制信号ΔP_dc；

4)功率控制器输出的直流功率调制信号将输入到功率限制器中，根据直流系统特性进行限幅限速控制，得到限制后到直流功率调制信号ΔP_dc*；

5)功率限制器输出的直流功率调制信号ΔP_dc*经过功率转换器(S5)得到直流内部控制常采用的电流信号ΔI_dc；