[发明专利]真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法

说明书

本发明公开了一种真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法，这种方法针对现有真双极柔性直流输电系统控制策略在电网故障阶段无法为电网提供惯量支撑的不足，通过模拟传统同步机的数学模型，提出一种适用于真双极系统的正、负极协调虚拟同步机控制策略，能够在保证系统不发生过电流的条件下为交流电网提供惯量支撑。与已有方法相比，本方法不仅能够为新能源电网提供稳定的电压和频率，还能够在故障发生时增强电网的惯量稳定性，对于包含大规模新能源发电系统的新型电力系统更具友好性。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法。

背景技术

随着柔性直流输电系统的电压等级和输电容量逐渐增大，真双极柔性直流输电系统凭借其高灵活性和可靠性的特点，得到了越来越多的关注。基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流输电技术具有制造难度低，系统损耗低，波形质量高等优点，在远距离电能汇集和输送中有十分良好的应用前景。由于风电、光伏等基于电力电子器件的新能源发电系统大规模接入，交流电网的惯量稳定性显著降低，电网波动性和不确定性增强，最终导致电网运行的安全风险显著增大。因此，亟需研究具备惯量支撑能力的柔性直流输电系统控制策略，从而提升其对于电网的惯量支撑能力，提升电网稳定性。

真双极MMC换流站与无源交流电网或孤岛新能源电网相连时，需要为交流电网建立稳定的频率和电压。传统的真双极柔性直流输电系统一般采用定电圧、频率控制策略，这种控制策略在稳态运行工况下具有良好的控制性能，但是当电网故障发生时，不具备传统同步发电机组为电网提供惯量支撑的能力，容易导致系统失稳。

虚拟同步机控制策略通过模拟传统同步机的数学模型，实现为电网提供惯量支撑的控制目标，在变流器控制中得到了广泛应用。然而，对于真双极柔性直流输电系统来说，不仅需要考虑正极与负极之间的协调配合，还需要保证故障期间不发生过电流，从而保证设备安全。目前，对于虚拟同步机控制策略在真双极柔性直流输电系统中的应用还鲜有研究，亟需提出一种真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法，从而为交流电网提供惯量支撑，保障包含大规模新能源发电系统的新型电力系统的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有真双极柔性直流输电系统控制策略在电网故障阶段无法为电网提供惯量支撑的不足，提供一种真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法，通过优化控制策略引入虚拟惯量，并实现真双极柔性直流输电系统正、负极之间的协调控制，在保证系统不发生过电流的条件下为交流电网提供惯量支撑。

为了实现上述发明目的，本方法采取如下技术方案：

一种真双极柔性直流输电系统虚拟同步机协调控制方法，实现所述方法采用的控制系统包括：虚拟机械模块、虚拟励磁模块、正极采样模块和负极采样模块、正极坐标变换模块和负极坐标变换模块、正极功率计算模块和负极功率计算模块、正极电压控制器和负极电压控制器、正极电流控制器和负极电流控制器、正极内部环流控制器和负极内部环流控制器、正极桥臂电压计算模块和负极桥臂电压计算模块、正极调制模块和负极调制模块；

所述虚拟机械模块，通过模拟同步发电机的机械方程，实现对于正、负极总有功功率的控制，所述虚拟机械模块的输出作为真双极柔性直流输电系统的参考相位θ_r；

所述虚拟励磁模块，通过模拟同步发电机的励磁方程，实现对于正、负极总无功功率的控制，所述虚拟励磁模块的输出作为真双极柔性直流输电系统的d轴电压参考值U_gdref；

所述正极采样模块包括正极电压采样模块和正极电流采样模块，负极采样模块包括负极电压采样模块和负极电流采样模块；

正极电压采样模块和负极电压采样模块，对MMC交流电网三相电压U_gabc进行采样；