[发明专利]一种MMC换流阀控制方法及控制系统

说明书

一种MMC换流阀控制方法及控制系统，MMC换流阀控制方法包括：根据实际频率和额定频率计算直流电压增量，根据MMC换流阀的直流电压额定值、MMC换流阀的直流电压实际值以及直流电压增量计算出有功给定值，并进一步计算出输出电压矢量角；根据实际输出无功功率和预设的无功功率给定值计算出电压幅值增量，并根据交流电压模值和电压幅值增量计算出电网侧的输出电压矢量幅值；对输出电压矢量角和输出电压矢量幅值进行空间向量变化，以得到三相调制波。本发明根据电网侧的频率变化、功率变化来调节MMC换流阀中功率模块工作状态，以调节输出功率和频率，从而实现对电网的频率支撑，不需要额外增加储能装置，也无需进行变桨超速。

技术领域

本发明属于直流输电领域，具体涉及一种MMC换流阀控制方法及控制系统。

背景技术

随着海上风电产业的发展，风力发电对电网的渗透率不断提高。在海上风力发电中，如果采用传统的风电场交流并网方式，由于风电变流器的隔离作用，风电机组的转子运动和电网频率解耦，降低了系统等效惯量，严重影响系统频率的稳定性。

有些研究成果表明，通过在风机变流器控制加入虚拟惯量控制技术，能够在一定程度上抑制电网频率快速变化。虚拟惯量控制原理如下式所示：

式中J为虚拟同步发电机的转动惯量；ω为同步发电机电气角速度；θ为同步发电机电气相角度；ω₀为电网同步角速度；T_m和T_e分别为同步发电机的机械和电磁转矩；D为阻尼系数。由于J和D的存在，使得变流器具有了对功率和频率的惯性。

但是，风电机组没有额外的功率裕量，并不具备对电网的一次调频能力。为了让风电机组具备一次调频能力，可以在虚拟惯量控制的基础上控制风机组超速运行或者变桨，这样预留一部分有功功率作为系统的调频备用功率；或者额外配置储能装置作为风机组的有功功率备用，在风机组参与系统一次调频时可避免其降功率运行。

但是以上两种实现一次调频的技术方式都有局限性。对于超速变桨的虚拟惯量控制方式，虽然无需附加额外的硬件设备，技术实现成本低，但是风机组必须降低功率运行，以损失发电量为代价获得风机组参与电网一次调频能力，该方法降低了风机利用率，经济性明显降低。同时，由于风机组的变桨系统需要频繁动作以响应电网频率变化，因此会加速风轮叶片的疲劳积累，降低叶片的使用寿命。对于基于附加储能装置的虚拟惯量控制方式，虽然风机组仍可保持最大功率跟踪，不损失发电量，提高发电效率，但是采用储能装置的缺点在于设备成本较高，装置体积庞大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种MMC换流阀控制方法，解决了换流阀一次调频时需要进行超速变桨或增加储能装置的问题。本发明还提出了一种MMC换流阀控制系统。

根据本发明第一方面实施例的MMC换流阀控制方法，包括以下步骤：

计算输出电压矢量角：获取电网侧的实际频率和额定频率，根据所述实际频率和所述额定频率计算直流电压增量；根据MMC换流阀的直流电压额定值、所述MMC换流阀的直流电压实际值以及所述直流电压增量计算出有功给定值；获取电网侧的实际有功功率，根据所述实际有功功率、所述有功给定值、预设的虚拟转动惯量和预设的虚拟阻尼系数获得角速度给定值；根据所述角速度给定值和所述电网侧的同步角速度值计算出所述输出电压矢量角；

计算输出电压矢量幅值：获取电网侧的实际输出无功功率，根据所述实际输出无功功率和预设的无功功率给定值计算出电压幅值增量；获取电网侧的交流电压模值，根据所述交流电压模值和所述电压幅值增量计算出所述电网侧的输出电压矢量幅值；