[发明专利]不对称故障下的对无源网络供电的MMC-HVDC的微分平坦控制方法

说明书

本发明涉及一种不对称故障下的对无源网络供电的MMC‑HVDC的微分平坦控制方法，包括：1)向无源网络供电的MMC‑HVDC系统结构和工作原理的分析；2)针对HVDC整流级的MMC换流器在不平衡电网电压时基于正负序系统的数学模型的建立；3)以输出变量为有功功率和无功功率，对MMC系统稳定性的分析；4)根据微分平坦理论对MMC‑HVDC换流站的内外环正负序控制的设计。本发明提供的方法，适用于电网正常运行和电网电压故障的情况，本发明具有动态响应快、应用范围广，可以解决电网发生不对称故障时，输出电流检测精确度不足和MMC换流器动态性能变差问题，有效提高MMC‑HVDC系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及MMC-HVDC控制技术领域，尤其是涉及一种不对称故障下的对无源网络供电的MMC-HVDC的微分平坦控制方法。

背景技术

模块化多电平转换器(Modular Multilevel Converter，MMC)作为一种应用于大功率和高电压系统中的功率换流器拓扑已引起了广泛的关注。由于其输出谐波的小、低功率损耗以及模块化等优势已经成为了高压直流输电(High Voltage Direct Current，HVDC)系统换流器的首要选择。

但是，在HVDC系统正常运行时，很可能遇到例如三相电网的相间接地或电压暂降等故障，严重影响电力系统的稳定性和安全性。随着电力系统的快速发展和泛在电力物联网的建设，对于电网在不对称故障条件下的传输能力和稳定性提出了更高的要求。现有的针对MMC-HVDC换流器的控制策略，如PI控制、预测控制、无源控制等，均需要对MMC换流器建立精确的数学模型，且对输出电流的精确测量提出了较高的要求。由于电力系统会时常发生各种非对称性故障，在发生暂态故障时，准确的检测输出电流将变得较为困难。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不对称故障下的对无源网络供电的MMC-HVDC的微分平坦控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种不对称故障下的对无源网络供电的MMC-HVDC的微分平坦控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：建立对无源供电的MMC-HVDC系统模型，并进一步建立于该系统模型中的MMC-HVDC换流站的拓扑结构模型；

步骤2：根据MMC-HVDC换流站的拓扑结构模型建立对应的数学模型，包括MMC交流侧数学模型以及MMC直流侧数学模型，并将MMC交流侧数学模型根据坐标变换理论变换为dq两相旋转坐标系下的MMC交流侧数学模型；

步骤3：基于dq两相旋转坐标系下的MMC交流侧数学模型以及MMC直流侧数学模型中的各变量，进行针对MMC-HVDC换流站的拓扑结构模型的平坦性以及稳定性分析判断；

步骤4：基于微分平坦理论，确定通过MMC-HVDC换流站的拓扑结构模型的平坦性以及稳定性分析判断后设计在不对称故障下基于微分平坦理论的MMC-HVDC正负序内环控制器；

步骤5：设计在不对称故障下基于微分平坦理论的MMC-HVDC正负序外环控制器，并与步骤4中的MMC-HVDC正负序内环控制器配合进行MMC-HVDC的微分平坦控制。

进一步地，所述的步骤1中对无源供电的MMC-HVDC系统模型包括依次按顺序相互连接的电网、左侧MMC-HVDC换流站、右侧MMC-HVDC换流站以及无源网络，所述MMC-HVDC换流站的拓扑结构模型由每相2个桥臂共6个桥臂构成，每个所述桥臂由自然数n个子模块SM、桥臂电感L和桥臂等值电阻R相互串联组成，每个所述子模块SM包括2个反并联二极管的IGBT和1个储能电容。

进一步地，所述的步骤2中的MMC交流侧数学模型，其数学描述公式为：