[发明专利]VSC‑HVDC输电系统的稳定控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及VSC-HVDC输电系统的控制领域，特别是VSC-HVDC输电系统中整流站变换器的稳定控制方法。

背景技术

VSC-HVDC输电系统具有可向无源网络供电、有功与无功功率可独立控制和无换相失败风险等优点，被广泛应用于离岸风电场并网、交流电网的异步互联和向无源网络供电等场合。然而，VSC-HVDC输电系统是换流站变换器间通过直流输电电缆构成的级联系统，并且逆变站变换器会表现为恒功率负载，恒功率负载具有的负增量阻抗特性会导致系统动态特性变差，甚至发生振荡失稳现象，这严重制约着VSC-HVDC输电技术的推广和应用。

学者们针对分布式直流供电系统和直流微电网等级联系统的稳定性问题提出了多种解决方法，它们大致可分为无源方法和有源方法。无源方法是在负载变换器的LC输入滤波器上加入无源阻尼支路，阻尼LC输入滤波器的谐振峰，保证了系统的稳定，但是该方法会带来额外的功率损耗，降低系统效率。有源方法主要是通过电压或电流反馈控制，等效地在系统中增加阻尼支路，从而调节负载变换器的输入阻抗或者源变换器的输出阻抗，使得级联系统的等效环路增益满足Nyquist稳定性判据，该方法不会引入额外的功率损耗。VSC-HVDC输电系统相比于分布式直流供电系统和直流微电网，具有电压等级高、线路较为复杂、功率等级大和变换器控制带宽低的特点。低压、小功率级联系统的稳定控制方法难以直接适用于VSC-HVDC输电系统。目前，VSC-HVDC输电系统直流侧的阻抗稳定性控制的研究较少。整流站变换器采用传统虚拟电阻稳定控制在抑制VSC-HVDC输电系统直流侧振荡会出现失效，原因是：整流站变换器的等效输出阻抗在电压控制带宽外恶化为负电阻，从而减小了系统阻尼。因此传统的虚拟电阻稳定控制不适用于VSC-HVDC输电系统这种变换器电压控制带宽较低的场合。

发明内容

本发明旨在提供一种VSC-HVDC输电系统的稳定控制方法，校正整流站变换器的等效输出阻抗为正电阻，从而提高系统阻尼，有效改善VSC-HVDC输电系统的稳定性，并且不会影响逆变站变换器向负荷供电的动态性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种VSC-HVDC输电系统的稳定控制方法，适用于VSC-HVDC输电系统中整流站变换器的控制，包括以下步骤：

1)在每个采样周期的起始点，控制器启动A/D转换器，对整流站变换器的直流输出电流i_dcr、直流侧输出电压v_dcr、三相并网电流i_a、i_b、i_c和三相电网电压v_a、v_b、v_c分别进行采样，所有采样数据经A/D转换器转换后，通过并行接口送给控制器进行处理；

2)控制器将步骤1)所采集得到的三相电网电压v_a、v_b、v_c送入锁相环，得到三相电网电压的相位角结合相位角对三相电网电压v_a、v_b、v_c和三相并网电流i_a、i_b、i_c进行abc/dq坐标旋转变换，得到dq坐标系下三相电网电压的d轴和q轴分量v_d、v_q和三相并网电流的d轴和q轴分量i_d、i_q；

3)直流输出电流i_dcr经虚拟阻感性阻抗稳定控制，得到直流侧电压外环的参考指令

4)将直流侧电压外环的参考指令和直直流侧输出电压v_dcr相减得到误差值e_v，将e_v送入PI控制器，PI控制器的输出经限幅后，获得电压外环控制的电流幅值指令I_v^*；

5)通过输出电流前馈控制，计算输出电流前馈控制的电流幅值指令

6)将电压外环控制的电流幅值指令I_v^*和输出电流前馈控制的电流幅值指令I_ff^*相加合成并网电流q轴分量幅值指令并令并网电流d轴分量幅值指令为零；