一种改善交流系统暂态稳定性的vsc-hvdc交流电压-频率协调控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种改善交流系统暂态稳定性的 VSC-HVDC交流电压-频率协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 电压源换流器型直流输电系统（voltage source converter based high voltage direct current，VSC-HVDC)采用可自关断的电力电子器件，不需要外加的换相电压即可实 现换相，因此可用于联接弱交流电网。
[0003] 目前我国的电网结构中，地区局部电网主要通过交流线路与主网相连，当地区局 部电网和主网的交流联络较弱、通道潮流较重时，系统易出现暂态稳定性和小扰动稳定性 较差等问题。随着VSC-HVDC技术的逐渐成熟，用VSC-HVDC异步联接地区局部电网与主网 成为一种新的选择，该连接方式的突出优势在于能够根除低频振荡问题，异步联网结构既 能够避免地区局部电网机组参与主网的低频振荡模式，此外，即使地区局部电网内部出现 低频振荡或功率强迫振荡等问题，故障也不会传导至主网。该技术优势特别适用于解决我 国西南部小水电密集地区由交流同步联网方式引起的低频振荡问题。
[0004] 虽然VSC-HVDC异步联网方案可以解决地区电网引起的系统低频振荡问题，但地 区电网较弱时，这种弱交流系统采用VSC-HVDC异步联网时也会遇到新的问题，如电压失 稳、频率失稳等问题。包含大量小水电群的地区电网缺少大型电源，当小水电群电网通过 VSC-HVDC异步联网时，小水电群电网属于典型的弱交流系统，其特点是：（1) VSC换流站短 路比低；(2)电网机械惯量小；（3)交流网架结构薄弱。由于小水电群电网的网架结构薄 弱，部分N-1交流故障将造成电网解列或电厂解列，从而引起小水电群电网的功率不平衡 和VSC-HVDC短路比降低，进而可能导致电压或频率失稳。
[0005] 当VSC-HVDC用于上述小水电群电网异步联网场景时，需对VSC-HVDC的控制目标 进行扩展，以提高小水电群电网电压和频率稳定性。
[0006] 目前VSC(电压源型换流器）广泛采用电流矢量控制技术，该技术使得VSC换 流站具有d、q轴两个解耦的控制维度，可分别实现有功、无功的控制。目前已有文献 对VSC-HVDC联接弱交流系统时的控制策略进行了研宄。Zhang Lidong、Harnefors Lennart、Nee Hans-Peter 在标题为 Interconnection of two very weak AC systems by VSC-HVDC links using power-synchronization control (IEEE Transactions on Power Systems，2011，26(1) :344-355)的文献中提出了一种功率同步控制策略，该策略使VSC能 够自动控制输出交流电压的相位，无需外界交流系统提供交流电压参考相位，因此适用于 VSC联于弱交流系统的场景。朱瑞可、王渝红、李兴源等在标题为用于VSC-HVDC互联系统的 附加频率控制策略（电力系统自动化，2014, 38(16) : 81-87)的文献中对VSC定有功功率控 制器中引入了频率-有功功率和直流电压-有功功率斜率特性，对VSC定直流电压控制器 中引入频率-直流电压斜率特性，该控制方法可提高VSC-HVDC所联接的两端交流系统的频 率稳定性。
[0007] 但是，目前的VSC控制策略未考虑暂态过程中各个控制目标（1、VSC-HVDC直流电 压保持稳定；2、VSC交流侧故障时能够控制其阀侧故障电流；3、VSC交流母线电压控制在安 全范围；4、VSC交流侧系统频率控制在安全范围）可能发生冲突的情况，因此可能不利于 VSC-HVDC所联接的交流系统的暂态稳定性。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种改善交流系统暂态稳定 性的VSC-HVDC交流电压-频率协调控制方法，能够严格实现控制目标优先级排序的VSC控 制器结构，有效改善弱交流电网的电压和频率暂态稳定性。
[0009] 一种改善交流系统暂态稳定性的VSC-HVDC交流电压-频率协调控制方法，包括如 下步骤：
[0010] (1)对于VSC-HVDC中弱交流系统侧的VSC，检测获取其网侧的交流系统频率f、三 相交流电压的有效值u s、交流有功功率Ps、交流无功功率1以及其直流侧的直流母线电压 Udc;
[0011] ⑵根据所述的交流有功功率Ps、交流系统频率f?和直流母线电压Ud。，采用基于带 死区的有功-频率下垂特性加直流电压裕额控制特性的控制算法计算出该VSC阀侧d轴电 流参考量i vdMf;
[0012] (3)根据所述的交流无功功率Qs和三相交流电压有效值113，采用基于带死区的无 功-交流电压下垂特性的控制算法计算出该VSC阀侧q轴电流参考量i vvrf;
[0013] ⑷根据所述的d轴参考量ivd,jp q轴参考量i vqMf采用内环电流控制算法，计算 生成得到该VSC的三相调制电压信号，进而利用三相调制电压信号通过调制技术生成一组 开关信号以控制该VSC中的功率开关器件；
[0014] VSC-HVDC中另一交流系统侧的VSC采用常规的定直流电压和定无功功率（或定交 流电压）的控制方式。
[0015] 所述的步骤（2)中采用基于带死区的有功-频率下垂特性加直流电压裕额控制特 性的控制算法计算VSC阀侧d轴电流参考量1_#的具体过程如下：
[0016] A1.使预设的有功功率参考量PSMf减去交流有功功率P s，进而对相减结果进行PI 调节得到VSC阀侧d轴电流参考量ivdMfl;
[0017] A2.使有功功率参考量Ps,ef减去交流有功功率P s，进而对相减结果进行比例调节 得到有功功率误差量△ Psl;使预设的死区频率上限参考量f Mfl减去交流系统频率f，进而 对相减结果进行比例调节得到交流系统频率误差量Afsl;使有功功率误差量AP sl与交流 系统频率误差量△ fsl相加，进而对相加结果进行PI调节得到VSC阀侧d轴电流参考量 1 vdref2;
[0018] A3.对VSC阀侧d轴电流参考量1_{1与i vdMf2进行大小比较，取较小值作为VSC 阀侧d轴电流参考量ivdraf3;
[0019] A4.使有功功率参考量Ps,ef减去交流有功功率P s，进而对相减结果进行比例调节 得到有功功率误差量△ Ps2;使预设的死区频率下限参考量f Mf2减去交流系统频率f，进而 对相减结果进行比例调节得到交流系统频率误差量Afs2;使有功功率误差量AP s2与交流 系统频率误差量△fs2相加，进而对相加结果进行PI调节得到VSC阀侧d轴电流参考量 -^-vdref4*
[0020]A5.对VSC阀侧d轴电流参考量ivdMf#ivdMf4进行大小比较，取较大值作为VSC阀侧d轴电流参考量ivdraf5;
[0021] A6.使预设的直流电压上限参考量仏。_减去直流母线电压Ud。，进而对相减结果 进行PI调节得到VSC阀侧d轴电流参考量ivdraf6;
[0022] A7.对VSC阀侧d轴电流参考量ivdref5与ivdref6进行大小比较，取较小值作为VSC 阀侧d轴电流参考量ivdraf7;
[0023] A8.使预设的直流电压下限参考量Udraef2减去直流母线电压Ud。，进而对相减结果 进行PI调节得到VSC阀侧d轴电流参考量ivdraf8;
[0024] A9.对VSC阀侧d轴电流参考量ivdMf#ivtof8进行大小比较，取较大值经上下限 为土ivdlim的电流限幅，得到VSC阀侧d轴电流参考量ivdMf;ivdlim为VSC的d轴外环电流限 幅阈值。
[0025] 所述的步骤（3)中采用基于带死区的无功-交流电压下垂特性的控制算法计算 VSC阀侧q轴电流参考量iV(1Mf的具体过程如下：
[0026] B1.使