抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法及系统

技术领域

本发明涉及MMC换流器检测技术领域，尤其涉及一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法及系统。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有损耗小、波形质量好、阶跃电压低、制造难度小等优势，适用于中高压直流领域。

然而，MMC接入弱交流系统时，容易出现振荡失稳现象，弱交流电网连接条件下MMC交流阻抗与电网阻抗幅值曲线存在交点，而交点频率处相角裕度不足为导致系统振荡失稳根本原因，从而导致难以保证弱交流系统MMC的安全稳定运行。

目前的技术手段一般是通过设计阻尼控制器来提升MMC的系统稳定性，但阻尼控制器均基于特定频段范围内阻尼特性进行设计，阻尼控制器的引入容易恶化系统其他频段阻尼特性，进而同样会影响弱交流系统MMC的安全稳定运行。同时，针对控制系统链路延时等因素导致MMC高频段呈负阻尼特性，进而导致MMC振荡失稳的现象，而且阻尼控制器参数设计难度较大且多为定制化设计，难以适应极端多变运行工况，因此不适于长期投入使用。

发明内容

本发明提供了一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法及系统，解决了目前通过引入阻尼控制器影响弱交流系统MMC的安全稳定运行且阻尼控制器参数设计难度较大且多为定制化设计，难以适应极端多变运行工况的技术问题。

有鉴于此，本发明第一方面提供了一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法，包括以下步骤：

获取弱交流系统中的MMC换流器输出的三相桥臂环流，根据三相桥臂环流得到二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量；

将所述二倍频环流d轴分量和所述二倍频环流q轴分量分别进行高通滤波处理，得到二倍频环流d轴滤波分量和二倍频环流q轴滤波分量；

将所述二倍频环流d轴滤波分量和所述二倍频环流q轴滤波分量分别通过虚拟电阻进行调制，得到初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量；

将所述初始调制电压d轴分量和所述初始调制电压q轴分量分别送入阀控环节进行调制，得到二倍频调制信号d轴分量和二倍频调制信号q轴分量；

将所述二倍频调制信号d轴分量和所述二倍频调制信号q轴分量分别叠加基波调制信号d轴分量和基波调制信号q轴分量后经过派克反变换，生成三相调制信号；

将所述三相调制信号送入至所述弱交流系统中的MMC换流器中进行调制驱动。

优选地，获取弱交流系统中的MMC换流器输出的三相桥臂环流，根据三相桥臂环流得到二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量的步骤具体包括：

获取弱交流系统中的MMC换流器输出的三相桥臂环流；

通过对三相桥臂环流进行派克变换，得到二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量分别为：

式中，i

式中，ω

优选地，所述虚拟电阻的电阻值为0.4pu。

优选地，将所述初始调制电压d轴分量和所述初始调制电压q轴分量分别送入阀控环节进行调制，得到二倍频调制信号d轴分量和二倍频调制信号q轴分量的步骤具体包括：

将所述初始调制电压d轴分量和所述初始调制电压q轴分量分别送入阀控环节通过下式进行调制，得到二倍频调制信号d轴分量和二倍频调制信号q轴分量分别为：

式中，U

第二方面，本发明还提供了一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制系统，包括：

环流分量获取模块，用于获取弱交流系统中的MMC换流器输出的三相桥臂环流，根据三相桥臂环流得到二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量；

高通滤波器，用于将所述二倍频环流d轴分量和所述二倍频环流q轴分量分别进行高通滤波处理，得到二倍频环流d轴滤波分量和二倍频环流q轴滤波分量；

虚拟电阻，用于将所述二倍频环流d轴滤波分量和所述二倍频环流q轴滤波分量分别进行调制，得到初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量；

阀控模块，用于将所述初始调制电压d轴分量和所述初始调制电压q轴分量分别进行调制，得到二倍频调制信号d轴分量和二倍频调制信号q轴分量；

叠加调制模块，用于将所述二倍频调制信号d轴分量和所述二倍频调制信号q轴分量分别叠加基波调制信号d轴分量和基波调制信号q轴分量后经过派克反变换，生成三相调制信号；

调制驱动模块，用于将所述三相调制信号送入至所述弱交流系统中的MMC换流器中进行调制驱动。

优选地，所述环流分量获取模块具体包括：

环流获取模块，用于获取弱交流系统中的MMC换流器输出的三相桥臂环流；

派克变换模块，用于通过对三相桥臂环流进行派克变换，得到二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量分别为：

式中，i

式中，ω

优选地，所述虚拟电阻的电阻值为0.4pu。

优选地，所述阀控模块，具体用于将所述初始调制电压d轴分量和所述初始调制电压q轴分量分别送入阀控环节通过下式进行调制，得到二倍频调制信号d轴分量和二倍频调制信号q轴分量分别为：

式中，U

第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储可执行指令；

以及处理器，用于与所述存储器通信以执行所述可执行指令从而完成上述方法的步骤。

第四方面，本发明还提供了一种计算机存储介质，用于存储计算机可读取的指令，所述指令被执行时执行上述方法的步骤。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明通过在MMC环流抑制控制回路的基础上进行设计，通过对二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量进行高通滤波和虚拟电阻调制，得到初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量，将初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量分别送入阀控环节进行调制后，叠加基波调制信号分量，来确定MMC换流器的三相调制信号，在不改变系统控制器参数的情况下，从环流抑制角度间接影响MMC直流阻抗特性，提高弱交流系统的MMC换流器的稳定性，操作简单，经济性好，兼容性优。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的MMC环流抑制控制回路示意图；

图3为本发明实施例提供的MMC换流器的直流电流变化情况示意图；

图4为本发明实施例提供的系统并网点电压变化情况示意图；

图5为本发明实施例提供的一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1～2，图1示意了一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法的流程图，图2示意了MMC环流抑制控制回路。

本发明提供的一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法，包括以下步骤：

S1、获取弱交流系统中的MMC换流器输出的三相桥臂环流，根据三相桥臂环流得到二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量。

具体地，步骤S1具体包括：

101、获取弱交流系统中的MMC换流器输出的三相桥臂环流；

102、通过对三相桥臂环流进行派克变换，得到二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量分别为：

式中，i

式中，ω

S2、将二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量分别进行高通滤波处理，得到二倍频环流d轴滤波分量和二倍频环流q轴滤波分量。

其中，高通滤波的表达式为

可以理解的是，通过对二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量分别进行高通滤波处理，从而对直流电流分量进行滤除，以防止正常运行情况下附加虚拟阻尼控制对弱交流系统的运行造成干扰。

S3、将二倍频环流d轴滤波分量和二倍频环流q轴滤波分量分别通过虚拟电阻进行调制，得到初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量。

其中，虚拟电阻记为R

在一个示例中，将二倍频环流d轴滤波分量和二倍频环流q轴滤波分量分别与虚拟电阻相乘得到初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量。

S4、将初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量分别送入阀控环节进行调制，得到二倍频调制信号d轴分量和二倍频调制信号q轴分量。

具体来说，步骤S4具体包括：

将初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量分别送入阀控环节通过下式进行调制，得到二倍频调制信号d轴分量和二倍频调制信号q轴分量分别为：

式中，U

S5、将二倍频调制信号d轴分量和二倍频调制信号q轴分量分别叠加基波调制信号d轴分量和基波调制信号q轴分量后经过派克反变换，生成三相调制信号。

S6、将三相调制信号送入至弱交流系统中的MMC换流器中进行调制驱动。

需要说明的是，本发明提供的一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法，通过在MMC环流抑制控制回路的基础上进行设计，通过对二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量进行高通滤波和虚拟电阻调制，得到初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量，将初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量分别送入阀控环节进行调制后，叠加基波调制信号分量，来确定MMC换流器的三相调制信号，在不改变系统控制器参数的情况下，从环流抑制角度间接影响MMC直流阻抗特性，提高弱交流系统的MMC换流器的稳定性，操作简单，经济性好，兼容性优。

同时，本方法与MMC环流抑制控制回路不同，所提二倍频环流虚拟阻尼控制方法及系统不存在环流参考值，即不存在对环流电流大小的控制，更适用于不进行环流抑制的MMC型直流输电系统。

本实施例为了证明本发明所提出的抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法的有效性，基于PSCAD进行时域仿真验证。MMC换流器的容量为600MW，初始阶段系统有功维持为280MW。如图3～4所示，图3示意了MMC换流器的直流电流变化情况，图4示意了系统并网点电压变化情况。

其中，在未投入本发明所提出的抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法时，在10s时，系统有功阶跃上升至310MW，系统发生发散振荡现象。在13s时投入本发明所提出的抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法，系统迅速恢复稳定，MMC换流器的直流电流idc及并网点处三相电压upcc振荡均消失。在13.5s时系统有功斜坡上升至额定值600MW后仍能稳定运行。

以上为本发明提供的一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制方法的实时例的详细描述，以下为本发明提供的一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制系统的实时例的详细描述。

为了便于理解，请参阅图2和图5，本发明提供的一种抑制MMC振荡的二倍频环流虚拟阻尼控制系统，包括：

环流分量获取模块100，用于获取弱交流系统中的MMC换流器输出的三相桥臂环流，根据三相桥臂环流得到二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量；

高通滤波器200，用于将二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量分别进行高通滤波处理，得到二倍频环流d轴滤波分量和二倍频环流q轴滤波分量；

虚拟电阻300，用于将二倍频环流d轴滤波分量和二倍频环流q轴滤波分量分别进行调制，得到初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量；

其中，虚拟电阻的电阻值为0.4pu。

阀控模块400，用于将初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量分别进行调制，得到二倍频调制信号d轴分量和二倍频调制信号q轴分量；

叠加调制模块500，用于将二倍频调制信号d轴分量和二倍频调制信号q轴分量分别叠加基波调制信号d轴分量和基波调制信号q轴分量后经过派克反变换，生成三相调制信号；

调制驱动模块600，用于将三相调制信号送入至弱交流系统中的MMC换流器中进行调制驱动。

在一个具体实施例中，环流分量获取模块具体包括：

环流获取模块，用于获取弱交流系统中的MMC换流器输出的三相桥臂环流；

派克变换模块，用于通过对三相桥臂环流进行派克变换，得到二倍频环流d轴分量和二倍频环流q轴分量分别为：

式中，i

式中，ω

在一个具体实施例中，阀控模块，具体用于将初始调制电压d轴分量和初始调制电压q轴分量分别送入阀控环节通过下式进行调制，得到二倍频调制信号d轴分量和二倍频调制信号q轴分量分别为：

式中，U

本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储可执行指令；

以及处理器，用于与存储器通信以执行可执行指令从而完成上方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机存储介质，用于存储计算机可读取的指令，指令被执行时执行上述方法的步骤。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，电子设备和计算机存储介质的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，电子设备和计算机存储介质和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。