[发明专利]适用于VSC-MTDC系统的平均值建模与控制方法

摘要

本发明提供了一种适用于VSC‑MTDC系统的平均值建模与控制方法，步骤1：基于d、q旋转坐标构建VSC的数学模型，并结合VSC‑MTDC输电系统，计算变流器交流侧的有功功率、无功功率；步骤2：将变流器交流侧的有功功率、无功功率作为参考值，构建VSC‑MTDC控制器，实现多个换流站的协同控制；步骤3：简化VSC‑MTDC的控制过程，建立VSC‑MTDC平均值模型。本发明中的平均值模型能够应用在多端直流输电系统，极大加快仿真速度，提高仿真效率，减少数学计算量。

主权项

1.一种适用于VSC‑MTDC系统的平均值建模与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：基于d、q旋转坐标构建VSC的数学模型，并结合VSC‑MTDC输电系统，计算变流器交流侧的有功功率、无功功率；步骤2：将变流器交流侧的有功功率、无功功率作为参考值，构建VSC‑MTDC控制器，实现多个换流站的协同控制；步骤3：简化VSC‑MTDC的控制过程，建立VSC‑MTDC平均值模型；所述步骤1包括：步骤1.1：建立VSC的数学模型，模型的表达式如下：式中：R表示线路电阻，L表示线路电抗，e_d表示网侧d轴的电源电压，e_q表示网侧q轴的电源电压，i_d表示d轴电流分量，i_q表示q轴电流分量，U_d表示d轴的直流电压分量，M表示PWM调制比，δ表示触发角度，ω表示角频率，e₀表示网侧0轴的电源电压，i₀表示i_q表示0轴电流分量；步骤1.2：在VSC‑MTDC输电系统中，令A相相电压初始相位角度为0°，即e_d＝|e|，e_q＝0，根据瞬时功率理论，忽略换流电抗器和开关损耗，计算得到变流器交流侧的有功功率、无功功率，计算公式如下：式中：P表示有功功率，Q表示无功功率；所述步骤2包括：步骤2.1：构建VSC‑MTDC本地控制器，所述VSC‑MTDC本地控制器采用内环电流环和外环电压环的双闭环结构；当工作在交流电压模式下时，外环电压环能够控制交流电压幅值和交流电压频率；步骤2.2：构建VSC‑MTDC协调控制器，所述VSC‑MTDC协调控制器采用直流电压斜率控制器，即将直流电压斜率控制器应用在具有功率调节能力的换流站以协调各换流站功率分配，直流电压与直流功率之间的斜率关系如下：U_dc＝U_dcref+K(P‑P_ref)式中：U_dc表示直流电压，U_dcref为直流电压参考值，P为有功功率，P_ref为有功功率参考值，K为直流电压控制斜率；所述步骤3包括：步骤3.1：将VSC电路中的IGBT的用受控电压源替代，并忽略变流器输出电压中的所有高次谐波，仅保留基波成分，简化VSC的数学模型，得到VSC三相交流输出电压U_ao和U_bo的基波分量：U_ab＝U_ao‑U_bo＝MEsin(ω_st)＝MV_dcsin(ω_st)其中：M＝U_s/U_c式中：U_s表示双闭环控制器的输出电压，U_c表示载波电压，ω_s表示电压频率，U_ao表示A相相电压，V_dc表示直流电压，也用E表示，t表示时间，U_bo表示B相相电压，U_ab表示AB相间电压，E表示直流电压；步骤3.2：建立VSC‑MTDC平均值模型，模型的表达式如下：P_acj＝U_abj·I_aj‑U_bcj·I_cj＝P_dcjI_dcj＝(、U_abj·I_aj‑U_bcj·I_cj)/U_dcP_dc总＝∑U_dc·I_dcj＝∑P_acj式中：P_acj表示第j个换流站的a、c相功率，P_dcj表示第j个换流站的直流功率，I_dcj第j个换流站的直流电流，U_abj表示第j个换流站的a、b相之间的电压，U_bcj表示第j个换流站的b、c相之间的电压，I_aj表示第j个换流站的a相电流，I_cj表示第j个换流站的b相电流，U_dc表示步骤2中的直流电压，P_dc总表示所有换流器的总功率，C表示直流电容，U′_dc表示通过VSC‑MTDC平均值模型得到的直流电压。