[发明专利]多电压源型变换器接入中压直流系统的电压稳定控制方法

说明书

本发明公开了一种多电压源型变换器接入中压直流系统的电压稳定控制方法，主要包括虚拟阻容性阻抗重构、直流侧电流前馈、VSC直流端口电压控制和交流端口电流控制四个部分。VSC采用直流电压下垂控制来调节直流输出电压时，其输出阻抗会在电压控制带宽外呈现负阻性。通过虚拟阻容性阻抗，重构多个VSC直流端口输出阻抗特性，使得VSC输出阻抗在电压控制带宽外保持较大的正阻性，补偿系统在电压控制带宽外的负阻尼，抑制中压直流系统电压振荡。在虚拟阻容性阻抗的基础上，引入直流输出电流前馈。VSC直流端口电压控制采用比例积分控制，交流端口电流控制为同步旋转坐标系下的解耦控制。本发明可抑制直流系统的振荡的同时增强直流系统的惯性，实现母线电压的稳定控制。

技术领域

本发明涉及中压直流系统控制领域，特别是以电压源型变换器为主导的中 压直流系统，多个电压源型变换器共同控制直流系统母线电压的电压稳定控制方 法。

背景技术

中压直流系统具有效率高，且不存在频率、无功功率相关问题等优点，在海 岛供电、多电飞机、舰船、海底供电等军事和工业领域有良好的应用前景，是当 前的研究热点之一。直流母线电压是衡量直流系统安全与稳定运行的关键，但直 流系统中含有大量的电力电子变换器，恒功率负载的负阻抗特性、各变换器之间 的相互作用、有功功率的变化都会引起母线电压波动，甚至发生振荡失稳现象， 严重影响了中压直流系统稳定运行

恒功率负载的负增量阻抗特性，会导致系统动态特性变差，甚至引起系统电 压振荡，是影响直流电网电压稳定的主要因素之一。线路阻抗和变换器直流端口 的滤波电容也是影响直流系统稳定的重要因素，其构成的LC滤波环节会促进源 变换器侧的输出阻抗并与恒功率负载等效阻抗的交互，引起系统失稳。在直流系 统中，通过修正负载变换器的输入阻抗或源变换器的输出阻抗可解决这类由恒功 率负载变换器造成的不稳定问题，有无源和有源等方法。无源方法利用电阻、电 感或电容等元件构成无源阻尼支路来调整系统阻尼，但会带来额外的功率损耗并 增加装置体积。有源方法则通过电流或电压的控制，在系统中等效出阻尼支路。 目前，大多的有源方法主要是通过调节负载转换器的输入阻抗来提高互联系统的 稳定性，但这会牺牲负载的动态性能。

引入虚拟电阻来调节源变换器的输出阻抗，既保证负载动态性能又增加了系 统阻尼。下垂控制等效于在源变换器输出端串联虚拟电阻，可以提升系统阻尼并 抑制电压振荡，且在多台源变换器并联时能够实现功率自动分配，是直流系统控 制中常见的控制方法。然而，下垂控制虽然降低了输出阻抗在电压环控制带宽内 的幅值，抑制了低频振荡，但无法处理电压环控制带宽外的振荡问题。而在多 VSC((Voltage Source Converter,VSC))经下垂控制作为源变换器的中压直流系 统中，现有基于电压下垂控制的直流系统稳定性与稳定控制方法很少涉及控制带 宽、线路等效电感、滤波电容、变换器控制参数等因素对系统稳定性的影响。因 此传统的下垂控制或虚拟电阻稳定控制不适用于多电压源型变换器接入的中压 直流系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种多电压源型 变换器接入中压直流系统的电压稳定控制方法，通过虚拟阻容性阻抗，将多个 VSC直流端口输出阻抗在电压控制带宽外的负阻抗调整为正阻抗，校正中压直 流系统阻尼并增强直流端口惯性，稳定直流系统电压。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多电压源型变换器 接入中压直流系统的电压稳定控制方法，适用于中压直流系统中多个电压源型变 换器共同控制直流系统母线电压，包括以下步骤：

1)采集各VSC直流端口电流i_o并与电流参考值作差，得到的差值乘以虚拟 阻容性阻抗Z_d(s)作为虚拟阻抗输出调节量，VSC直流端口空载电压指令 值减去虚拟阻抗输出调节量得到加入虚拟阻容性阻抗后VSC直流端口电 压指令值

2)采集VSC直流端口电压v_dc并与加入虚拟阻容性阻抗后的电压指令作 差，该差值与VSC直流端口电压控制PI调节器G_v(s)相乘得到交流电流 幅值控制指令