[发明专利]一种基于比例谐振控制器的VSC-HVDC系统控制方法

说明书

本发明涉及一种基于比例谐振控制(PR)的VSC‑HVDC系统控制方法，采用双闭环结构，控制方式为PQ控制方式或UQ控制方式，PQ控制方式时，外环为有功外环和无功外环；UQ控制方式时，外环为电压外环和无功外环，外环均采用比例积分控制器和前馈控制的组合，外环向内环提供电流参考值；内环为电流环，其控制器采用比例谐振控制器，并为相应的调制策略提供调制电压参考值。本发明不仅实现内环有功功率和无功功率的完全解耦，而且还具有响应速度快、控制精度高、实现内环电流精确解耦的优点。

技术领域

本发明涉及柔性高压直流输电技术领域，尤其涉及一种新型换流器控制策略。

背景技术

VSC-HVDC具有可独立控制有功和无功功率传输、可向弱交流电网及无源系统供电且无需站间通讯、潮流反转时直流电压极性不变、输出电压低次谐波含量减少等特点。因此VSC-HVDC特别适合于大规模风力发电的并网、城市供电和异步交流电网互联等场合。目前，对于VSC-HVDC系统的控制策略主要分为间接控制和直接控制。间接控制即通过控制VSC交流侧电压基波幅值和相角来达到控制目标，该方法结构简单，但存在电流动态响应慢的缺点。目前工业中占主导地位的直接控制通常由外环功率、电压控制和内环电流控制两个环构成，具有快速电流响应特性和限流能力。该方法具有算法简单、可靠性强和易于实现的特点，但在dq旋转坐标系下，内环电流解耦控制器需添加前馈补偿以抵消VSC数学模型中交叉耦合项的影响，降低了控制系统鲁棒性。

比例谐振控制在电机和光伏逆变器控制中应用较多，本发明将αβ静止坐标系下的比例谐振控制(PR)引入到VSC-HVDC控制系统中，通过改进了内环电流控制器的设计，可以实现系统控制中有功、无功的精确解耦。

发明内容

针对目前主流控制技术——传统双闭环比例积分(PI)控制器中电流内环需要依赖系统数学模型进行前馈解耦补偿而造成系统鲁棒性低的情况，本发明提出了一种引入αβ静止坐标系下的PR控制方法并改进了内环电流控制器的方法。该发明实现有功功率和无功功率内环控制精确解耦，具有响应速度快、控制精度高的有点。技术方案如下。

一种基于比例谐振控制器的VSC-HVDC系统控制方法，采用双闭环结构，控制方式为PQ控制方式或UQ控制方式，PQ控制方式时，外环为有功外环和无功外环；UQ控制方式时，外环为电压外环和无功外环，外环控制均采用比例积分控制器，外环向内环提供电流参考值；内环为电流环，其控制器采用比例谐振控制器，并为相应的调制策略提供调制电压参考值。

当采用PQ控制方式时，外环为定有功功率P控制和定无功功率Q控制，控制方式如下：

(1)测量换流器交流侧PCC点电网电压u_sa、u_sb、u_sc和相电抗器上流过的电流i_sa、i_sb、i_sc经过坐标变换得到其α、β轴分量u_sα、u_sβ和i_sα、i_sβ，并计算PCC点传输的有功功率P和无功功率Q；

(2)以有功功率P和有功功率参考值P_ref作为有功功率外环的输入信号，经过的比例积分控制器，得到d轴参考值i_sdref，再经过dq-αβ变换坐标，输出内环电流参考值i_sαref；

(3)以无功功率Q和无功功率参考值Q_ref作为无功功率外环的输入信号，经过的比例积分控制器，得到q轴参考值i_sqref，再经过dq-αβ变换坐标，输出内环电流参考值i_sβref；