[发明专利]一种改进的背靠背柔性直流输电系统电流双环控制策略

权利要求书

1.一种改进的背靠背柔性直流输电系统电流双环控制策略，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：针对可转换静态传输控制器系统，依据其拓扑结构和特点，分析背靠背电压源变换器系统接入的可行性；

步骤2：根据步骤1中分析的可行性，基于状态空间法，建立背靠背电压源变换器系统作为并联模式下可转换静态传输控制器系统的模型：可转换静态传输控制器系统通过传输变压器连接并连接无限大交流系统的两端；接口电感用于控制整流和逆变交流侧的有功和无功功率；VSC变换器和传输线的功率损耗用串联电阻来表示；假设所有变换器的无源元件相同，因此系统建模只考虑VSC1和VSC2；系统建模分为交流侧、直流侧；

(1)交流侧

分路变换器VSC1和VSC2的交流侧分别与总线电压V_abcs和V_abcr相连；分路变换器VSC1和VSC2的交流侧的瞬态模型用以下微分方程在d-q同步参考框架中表示：

其中ω是基频角频率；i_d1，i_q1和i_d2，i_q2是转换器交流电流的d-q分量；V_cd1，V_cq1和V_cd2，V_cq2是接口电抗器L₁和L₂的转换器侧的电压的d-q分量；V_sd，V_sq和V_rd，V_rq是传输变压器的一次和二次电压的d-q分量；N₁和N₂是变压器的匝数比；

把公式(1)(2)经过派克变化到d-q坐标系下：

其中i_dqs和i_dqr是整流器和逆变器两侧所有转换器的收集电流，定义如下：

式中，N_T和i_dqT1分别是传输变压器的匝数比和其一次电流d-q分量；

(2)直流侧

根据瞬时功率平衡原理，建立了直流母线电压动态方程；通过在直流链路输入端应用基尔霍夫电流定律，直流链路电流写为：

式中P_VSC1是从VSCl输出的瞬时功率，P_VSC2是传递到转换器VSC2的功率；

通过将P_VSC1和P_VSC2从(8)代入(7)，瞬时直流电压用拉普拉斯形式表示如下：

步骤3：根据步骤2中建立的模型，提出一种改进的电流双环控制策略，即通过控制电压的直流分量和交流分量、电流的直流分量和交流分量来改进传统的电流双环控制器：根据步骤2中建立的模型，提出一种改进的电流双环控制策略，即利用电压的直流分量和交流分量、电流的直流分量和交流分量来改进传统的电流双环控制器，其能够在系统扰动和故障下抑制直流环节电压和变换器功率的振荡；

应用于背靠背电压源变换器系统的整流器和逆变器两侧；

VSC基于其由(1)和(2)描述的模型来控制；解耦电流控制器逆变侧的控制架构如下：参考电流分别与电流i_d2，i_q2作比较再经过PI控制器输出参考电压再电压比较输出电流i_d2，i_q2，实现电流的解耦控制；因此，控制方法的内环表述如下：

1)电流控制

从交流侧转换器的简化等效电路中，忽略串联电阻，转换器的三相输出电压表示为：

式中，V_sx代表三相交流电压源，V_cx是转换器输出电压；通过将d-q变换应用于等式(13)，d-q参考系中转换器的内部电流的动态表达为：

式中是变换器输出d-q同步参考系中的电压；假设d轴与电压源的A相同相位；d-q参考系中的电压和电流用直流(DC)和交流(AC)时变分量表示；同时由于v_sd是与A相同相位，所以v_sq没有直流分量；因此，电压和电流定义为：

通过将(15)和(16)代入(14)，得到电流控制如下：直流电压参考值与实际直流电压i_q.dc做比较后与交流电流分量i_q.ac，i_d.ac比较，其输出与电压分量v_sd比较输出参考电压同理得到参考电压

2)有功功率控制

有功功率控制如下：参考功率P_i^*和直流侧功率P_dc作比较后经过PI控制器后参考电流同理得到参考电流分量网侧有功功率表示成：

P(t)＝v_sdi_d+v_sqi_q (17)

从(15)，(16)到(17)，有功功率用直流和交流分量表示如下：

P(t)＝P_dc+P_ac＝V_sd，dc·I_d，dc+V_sd，dc·I_d，ac+V_sd，ac·I_d，dc+V_sd，ac·I_d，ac+V_sq，ac·I_q，dc+V_sq，ac·I_q，ac (18)

上式中V_sd，dc·I_d，dc，V_sq，ac·I_q，ac+V_sd，dc·I_d，ac产生的是有功功率的直流分量，V_sd，ac·I_d，dc，V_sd，ac·I_d，ac+V_sq，ac·I_q，dc产生的是有功功率的交流分量，因此，有功的直流分量P_dc，有功的交流分量P_ac表示如下：