[发明专利]一种适用于VSC-HVDC联接极弱交流电网的功率阻尼同步控制方法

说明书

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种适用于VSC-HVDC联接极弱交流电网的 功率阻尼同步控制方法。

背景技术

电压源换流器型高压直流输电系统（VoltageSourceConverterBasedHVDC， VSC-HVDC）由于采用全控器件，理论上可运行在极弱交流系统的特殊工况下。电流矢量控制 策略通过控制同步旋转坐标系下的d轴和q轴电流实现对有功与无功功率的独立解耦控制， 同时具备电流限制功能，成为目前实际工程中应用最为广泛的控制技术。而近年来的研究 成果表明，基于常规电流矢量控制的VSC-HVDC系统在弱交流系统工况下，例如交流系统短 路比（ShortCircuitRatios，SCR）SCR=1.0的特殊工况下，VSC-HVDC系统对锁相环（Phase LockedLoop，PLL）的增益变化十分敏感，系统控制性能随着增益的增加会严重恶化，同时 VSC-HVDC系统可传输的最大有功功率也受到了明显的限制。

根据同步发电机的外部机械特性和VSC-HVDC系统的数学模型，本发明设计了一种 适用于VSC-HVDC联接极弱交流电网的功率阻尼同步控制方法，即保留传统电流矢量控制的 外环控制器结构，PLL输出信号仅作为获取VSC-HVDC系统交流电压、电流dq分量所需的参考 相角信号，而不作为VSC输出电压的同步信号；依据同步发电机的外部机械特性和VSC-HVDC 输出有功功率的数学表达式设计了功率同步环节（PowerSynchronizationLoop,PSL）和 功率阻尼环节（PowerDampingLoop，PDL），将其内嵌入i_d电流内环控制器以产生VSC- HVDC输出参考电压所需的相角信号θ_VSC，i_q电流内环控制器通过调节VSC-HVDC系统i_q电流分 量生成VSC-HVDC输出参考电压所需的幅值参考信号E_m。所设计的功率阻尼同步控制方法在 保留常规电流矢量控制限制VSC换流器过流能力的基础上，通过内环设计的PSL和PDL可有 效抑制在极弱交流系统工况下PLL对VSC-HVDC系统稳定性所带来的负面影响，使VSC-HVDC 可以运行在极弱交流系统工况下。

发明内容

本发明针对VSC-HVDC联接极弱受端交流电网的工况，提出了一种适用于VSC-HVDC 联接极弱交流电网的功率阻尼同步控制方法。其特征在于，保留锁相环（PhaseLocked Loop，PLL）功能，其输出相角θ_PLL仅作为获取VSC-HVDC系统电压、电流dq分量所需派克变换 的输入参考相角，而不作为VSC输出电压的同步信号；外环控制器采用常规电流矢量控制的 外环控制结构，使功率阻尼同步控制器具有限制VSC换流器过流的能力，其输出i_dref和i_qref作为内环电流控制器的参考值；在此基础上将功率同步环节PSL和功率阻尼环节PDL嵌入到 i_d电流内环控制器,以产生VSC换流器输出电压所需的瞬时相角信号δ_VSC，i_q电流内环控制 器通过调节VSC-HVDC系统的i_q分量产生VSC换流器输出电压的幅值参考信号E_m。

PSL和PDL的具体设计过程如下：

同步发电机的外部机械特性可表示为：

(1)

其中T_m为同步发电机的输入机械转矩，T_e为同步发电机的输出电磁转矩，P_m为同步发电 机输入机械有功功率，P_e为同步发电机输出电磁有功功率，ω为转子机械角速度，Δω=ω- ω₀为同步发电机转子实际电角速度ω与同步发电机额定电角速度ω₀之差，θ为同步发电机 的实际电角度，D为系统阻尼系数，J为同步发电机的转动惯量。

保持交流母线电压V_t与dq坐标系的d轴一致，VSC-HVDC系统输出有功功率P可表示 为：

(2)

其中v_td和i_d分别为VSC-HVDC交流母线处的电压、电流的d轴分量。