[发明专利]柔性直流输电系统的双边惯量阻尼模拟控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种柔性直流输电系统的双边惯量阻尼模拟控制系统，包括柔性直流输电系统；柔性直流输电系统包括第一、二换流器；第一、二换流器对应由第一、二控制器控制，第一控制器包括第一电流内环模块和功率外环模块；第二控制器包括第二电流内环模块和电压外环模块；功率外环模块包括用于模拟第一交流供电系统虚拟同步机转子运动方程模型的第一仿真模块；电压外环模块包括用于模拟第二交流供电系统虚拟同步机转子运动方程模型的第二仿真模块；第一仿真模块输出第一交流供电系统的模拟惯量信号和模拟阻尼信号以及第二交流供电系统的模拟阻尼信号；第二仿真模块输出第一、二交流供电系统的模拟惯量信号。本发明提升电力系统频率调节能力。

技术领域

本发明涉及智能电网控制技术领域，特别涉及一种柔性直流输电系统的双边惯量阻尼模拟控制系统及方法。

背景技术

目前，为应对全球能源危机和气候变化等严峻挑战，可再生能源发电在世界范围内得到了长足发展。可再生能源通常具有分布集中度高、与负荷中心呈逆向分布的特点。因此，为实现能源集约化开发和资源优化配置，必须建设大规模远距离的电能输送通道。柔性直流输电系统凭借其高度可控性和良好适应性等优势，成为了可再生能源远距离传输，尤其是大规模海上风电的送出的关键技术手段之一。柔性直流输电系统通常通过电力电子换流器并网，在传统控制方案下，电力电子换流器无法主动参与电网频率调节。因此，随着VSC-HVDC系统在电力系统中的数量不断增加，传统富含惯量的交流电网将会被分割成多个规模相对较小、惯量水平相对较低的电网，系统频率稳定性问题会更加严峻。与此同时，具有低惯量和无阻尼典型特性的可再生能源发电正在迅速取代同步发电机，进一步降低了电网整体惯性水平和阻尼能力。

针对未来电力系统低惯量、欠阻尼的问题，目前研究方案主要是采用虚拟同步机技术或惯量模拟方案，其关键是在换流器的控制回路中引入同步发电机的转子运动方程，从而使并网逆变器能够模拟传统同步电机的惯量和阻尼特性。然而，现有的方案然均要求当一侧交流系统发生扰动时，柔性直流输电系统的对侧换流站具有快速功率支撑的能力。并且一个系统的扰动会通过柔性直流输电系统传递到对侧，影响对侧交流系统安全稳定运行。考虑到海上风电场通常是弱网，较大的功率扰动可能会对海上风电场的安全稳定运行形成严峻挑战。

发明内容

本发明的目的是克服传统虚拟同步机和惯量模拟方案的缺点，提供一种柔性直流输电系统的双边惯量阻尼模拟控制系统及方法。本发明可在扰动发生时，向双边交流系统同时提供惯量和阻尼响应，有效抑制双边交流系统的频率扰动和功角振荡，能有效增强电网的频率调节能力，提升电网的稳定性。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种柔性直流输电系统的双边惯量阻尼模拟控制系统，包括依次连接的第一交流供电系统、柔性直流输电系统及第二交流供电系统；柔性直流输电系统包括第一换流器和第二换流器；第一、二换流器对应由第一、二控制器控制，第一控制器包括第一电流内环模块和功率外环模块；第二控制器包括第二电流内环模块和电压外环模块；功率外环模块包括用于模拟第一交流供电系统虚拟同步机转子运动方程模型的第一仿真模块；电压外环模块包括用于模拟第二交流供电系统虚拟同步机转子运动方程模型的第二仿真模块；第一仿真模块输出第一交流供电系统的模拟惯量信号和模拟阻尼信号以及第二交流供电系统的模拟阻尼信号；第二仿真模块输出第一交流供电系统和第二交流供电系统的模拟惯量信号。

进一步地，第一仿真模块，其将第一交流供电系统的瞬时频率与其额定频率的差值换算为第一交流供电系统的惯性功率和阻尼功率，其将延时后的第二交流供电系统实际频率与其额定频率的差换算为第二交流供电系统的阻尼功率；其将第一交流供电系统的惯性功率和阻尼功率、第二交流供电系统的阻尼功率、第一换流器的额定有功功率设定值相加，生成第一换流器的功率参考信号；其将第一换流器的功率参考信号与第一换流器的当前有功功率的差值，经过PI控制器处理，生成第一电流内环模块的d轴电流参考信号。

进一步地，第一仿真模块包括第一延时模块、第一加法器、第二加法器、第三加法器、第四加法器、第一增益模块、第二增益模块、第三增益模块、第一微分模块、第一PI控制器；