一种柔性直流输电系统电网故障穿越控制的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于柔性输变电技术领域，涉及一种柔性直流输电系统电网故障穿越控制的方法。
【背景技术】
[0002]基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统在实际工程应用中会遇到交流电网跌落故障，为了减小对交流电网的影响并保证换流器设备本身的安全可靠，要求当出现电网电压跌落故障时(如三相短路故障等)，换流器尽可能不要进行故障闭锁而要保持继续运行，因为换流器的故障闭锁以及故障恢复后的重新合闸会对整个交直流并联系统带来很大的冲击，同时对柔性直流输电系统的损害性也是巨大的。
[0003]为保持双端柔直输电系统的正常运行，系统一侧的换流站必须采用定直流电压控制，起着有功功率的平衡节点的作用；另一侧的换流站采用定功率控制，决定整个系统的潮流方向。在双端换流站间没有通信传输的情况下，若定直流电压侧换流站发生电网故障，定功率侧换流站将会继续按照故障前的状态继续往定直流电压侧换流站传输功率，则系统直流电压失控，最终导致柔直输电系统的系统无法正常运行。
[0004]到目前为止，柔性直流输电系统定直流电压侧换流站电网故障穿越控制现有方法主要是在柔性直流输电系统上附加电路，电网电压故障时消耗剩余功率保障直流母线电压稳定，虽然该方法可以解决双端柔性直流输电系统的没有站间通信时直流失控问题，但系统增加了附加电路，大大增加了系统的复杂程度，降低了系统可靠性，因此设计无附加电路的柔性直流输电系统电网故障无通信穿越控制方法，保证站间无通信的情况下定直流电压控制换流站发生电网故障后系统能够稳定直流母线电压的研究工作显得极其重要。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种柔性直流输电系统电网故障无通信穿越控制方法，即定直流电压侧换流站电网故障时不需要依靠附加电路，可以通过两端控制模式转换的控制策略来实现直流电压的控制，在站间无通信的情况下实现柔性直流输电系统电网故障穿越，系统能够稳定工作，解决了现有技术中存在的问题。
[0006]本发明所采用的技术方案是，一种柔性直流输电系统电网故障穿越控制的方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1:检测换流站直流母线电压Udc，并判断电压值Udc是否异常，具体如下:
[0008]当电压值Udc大于等于低压限值UdcLLmt且小于等于高压限值UdcHLmt，即电压值Udc正常，则判定定直流电压控制侧换流站未发生电网电压故障，设置故障标志En为0，继续循环执行步骤I;
[0009]当电压值Ud。小于低压限值Udc^mt或大于高压限值Udimt，并且满足持续时间大于设定甄别时间Ilmt的条件时，即电压值Ud。异常，则判定定直流电压控制侧换流站发生了电网电压故障，设置故障标志En为I，执行步骤2;
[0010]步骤2:根据步骤I产生的故障标志En来选择换流站的控制模式，故障标志En检测到上升沿(从O变到I)，则换流站进行模式切换，其中:
[0011 ] Ud JQ侧换流站:当电网电压故障时，控制模式将由定直流电压控制切换至定功率控制，即电压外环控制变为功率外环控制，电流内环维持不变，功率指令根据电网故障情况进行修正，其中无功电流指令根据电网跌落程度来实时计算191^ = 1^*(1]11111;-1]|11;)，有功电流指令idref = O，其中Uf It为Udc/Q侧电网电压矢量模值的标幺值，Ulmt为电网故障开始无功支持的电压幅值；
[0012]P/Q侧换流站:当电网电压故障时，控制模式将由定功率控制切换至定直流电压控制，即功率外环控制变为电压外环控制，电压指令为额定直流电压；
[0013]步骤3:根据步骤2两端换流站均进行模式切换后，保持两端换流站控制模式的持续时间为Tse3t;
[0014]步骤4:当保持时间到Tset之后，设置故障标志En为O，模式切换标志En检测到下降沿(从I变到O)，换流站从当前的控制模式切换至故障前的控制模式，其中:
[0015]Ud JQ侧换流站:控制模式将由定直流功率控制切换至定电压控制，即功率外环控制变回电压外环控制，电流内环维持不变，并将功率控制器复位；
[0016]P/Q侧换流站:控制模式将由定直流电压功率控制切换至定功率控制，即电压外环控制变回功率外环控制，电流内环维持不变，并将电压控制器复位；
[0017]切换完成后执行步骤I。
[0018]所述步骤4中，UdJQ侧换流站:电压外环控制的电压指令和无功功率指令使用系统默认指令;P/Q侧换流站:功率外环控制的无功功率指令和有功功率指令使用系统默认指令。
[0019]UdJQ侧换流站:在步骤2中，当电网电压故障进行模式切换时，保存当前的电压指令Ud。.和无功功率指令QRef，并在步骤4进行模式切换时还原上述指令；
[0020]P/Q侧换流站:在步骤2中，当电网电压故障进行模式切换时，保存当前的无功功率指令QRef和有功功率指令PRef，并在步骤4进行模式切换时还原上述指令。
[0021]还包括步骤5:根据当前控制时刻选择的外环控制器计算出电流内环控制指令idRef和iqRef后，并通过电流控制器计算出最终控制作用量Ud和uq，通过调制环节得到换流器6个桥臂的导通模块数，并发送到阀控设备。
[0022]所述步骤I中低压限值UdcLLmt为0.85?0.95PU，高压限值UdcHLmt为1.05?1.15PU，甄别时间TLmt为200?600us。
[0023]所述步骤2中 iqref = k* (Ufit-Uimt)，k为 I.2?2，Uimt^0.9。
[0024]所述步骤4中控制模式的持续时间为Tset为I OOms?3s。
[0025]与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果，本发明对柔性直流输电系统换流站控制器进行优化，通过切换换流站控制模式来实现系统电网故障无通信穿越，即两端控制模式进行互换，通过控制模式互换，使电网电压正常的换流站来控制直流母线电压，保证直流母线电压的稳定，使整个双端系统处于正常的工作状态;实时检测直流侧电压来判断电网是否发生故障，并进行控制模块切换，实现了电网故障穿越，构成支持柔性直流输电系统电网故障无通信穿越的控制器，通过本发明的控制方法对原有控制器进行优化，在不增加硬件电路的情况下实现换流站间没有通信时定直流电压侧换流站电网故障时直流电压的有效控制，同时换流站在电网故障过程中仍保持运行，同时故障消除后系统又可尽快恢复至故障前的运行状态，整体实现了柔性直流输电系统电网故障无通信穿越，提高了柔性直流输电的交流故障穿越能力，为系统安全稳定提供了良好的运行环境，本发明的整体控制结构简单，以最简单的方式实现了故障穿越，没有额外增加硬件设备和通信线路，降低了系统的复杂程度，提高了系统的稳定性，具有推广意义。
【附图说明】
[0026]图1是换流站控制框图；
[0027]图2是换流站故障穿越时序图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0029]在本实施方式中，目标系统是双端柔性直流输电系统，该系统的定直流电压侧换流站与交流电网相联，运行在直流母线电压控制和无功功率控制的组合模式(即UdVQ模式，Ud。表示该端直流母线电压，Q表示该端无功功率)，为了下述方便，定义为UdJQ端;系统的定功率换流站与另一交流电网相联，运行在有功功率控制和无功功率控制的组合模式(即P/Q模式，P表示该端有功功率，Q表示该端无功功率)，定义为P/Q端，两端通过直流母线相联，系统中没有配置任何故障通信或者故障处理附加电路。
[0030]当UdyQ端交流电网电压发生跌落时，需要对UdJQ端和P/Q端进行模式切换控制策略，以维持两端系统的功率平衡，抑制直流母线电压过压，同时限制UdJQ端传输的功率，从而防止阀侧交流母线电流过流和模块电容电压过压。
[0031 ]参见图1和图2，本实施方式中，柔性直流输电系统电网故障穿越控制的方法，包含如下步骤:
[0032]步骤1:检测换流站直流母线电压Udc，并判断电压值Udc是否异常，具体如下:
[0033]当电压值Udc大于等于低压限值UdcLLmt且小于等于高压限值UdcHLmt，即电压值Udc正常，则判定定直流电压控制侧换流站未发生电网电压故障，设置故障标志En为0，继续循环执行步骤I;
[0034]当电压值Udc小于低压限值UddLmt或大于高压限值UdcHLmt，并且满足持续时间大于设定甄别时间Iimt的条件时，即电压值Ud。异常，则判定定直流电压控制侧换