一种应用于电压源换流器的不平衡电压方法及系统与流程

本发明属于电力系统柔性输电领域，具体涉及一种电压源换流站不平衡控制方法及系统。

背景技术：

现代交流配电网中，一方面大城市负荷密度不断增大，输配电网规模的不断扩大，受制于短路容量、电磁环网等问题，配电网一般采用高压分区、中压开环的运行方式，导致系统设备利用率低，可靠性下降，另一方面客户对供电可靠性、电能质量的要求再不断提高，大型城市中敏感负荷逐渐增大，短时供电中断也会带来较大的经济损失甚至严重的社会影响。柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的传输，柔性直流技术是解决现有配电网存在问题的有效手段之一，柔性直流输电可以在不增加短路容量的情况下实现交流电网互联，实现交流电网合环运行，提高电网运行可靠性、提升电能质量和电网运行效率。

基于柔性直流输配电的交直流互联电网是电网发展的趋势之一，基于模块化多电平技术的发展，解决了困扰基于两电平柔性直流输电发展的均压问题和损耗大问题，同时降低了交流系统谐波，使无变压器连接连接交流系统成为一种可能。从而使换流站总体投资及体积减少成为可能。

不管有无变压器，对于不接地、高阻或经消弧线圈接地换流站，换流站一站发生非对称故障时，例如单相接地故障，故障站将会产生零序电压，基于目前不平衡控制方法是不对零序电压进行控制的，songhong-seok等人的“dualcurrentcontrolschemeforpwmconverterunderunbalanceinputvoltageconditions”(ieeetranscationonindustial

electronics.1999,46(5):953-959)针对不对称故障，分别进行负序电压前馈和双序电流内环控制，但只能抑制负序电流。陈海荣博士论文“交流系统故障时vsc-hvdc系统的控制与保护策略研究”正负序不对称故障进行了详细的推导，在采用双序电流环的基础上，负序电流的参考值又分抑制交流侧负序和抑制直流侧二倍频，但这两个目标不能同时实现。以上推到计算只针对负序进行控制，而对于 本站故障时零序电压传导到对站，抑制非故障站零序电压并未进行分析研究。

周京华等人申请的“一种基于零序电压注入的三电平中点电位平衡控制方法”专利(申请号201010100682.5)针对三电平直流电容中性点电压波动，通过采集直流母线侧两电容电压计算中性点电压是否平衡，通过多载波pwm调制策略下的矢量控制时三相电流与中性点电流关系，选择零序电压正负注入到三相调制波，实现控制中性点电位平衡专利，其方法及策略只针对三电平拓扑及采用pwm调制控制算法引起的直流电容电压中性点不平衡问题，不能解决交流系统发生不对称故障产生电压传导到对侧问题，具体见图3所示。

为了解决零序电压通过故障换流站传导到对侧换流站问题，充分发挥电压源换流站隔离交流故障能力，推动柔性直流输电向无变压器输配电网系统的应用，需要一种新的基于电压源换流器输配电技术的交流系统不对称故障不平衡电压的控制方法。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提供适用于电压源换流器输配电技术的交流系统不对称故障不平衡电压的控制方法及系统,简单实用、可靠性高，可以快速、精确的抑制交流零序电压通过电压源换流器传导到对侧交流系统，实现非故障站交流系统电压电流的不受故障站的影响。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，零序电压检测控制生成的零序电压参考值uoref叠加在由外环功率控制和内环电流控制产生的电压参考波uref上，生成新的电压参考波uref_new，换流阀根据新的新的电压参考波输出相应的相应电压达到非故障站输出交流电压为对称正常电压目的。

上述的应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，零序电压控制生成零序电压参考值具体指：根据实测交流电压或直流电压，计算得到零序交流电压uo，零序电压经过选择器后进行低通或带通滤波，得到零序交流电压参考值uoref。

上述的应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，外环功率控制和内环电流控制生成的三相交流电压参考波uref减去零序电压参考值uoref，得到新的电压参考波uref_new。

上述的应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，根据交流电压计算零序电压方法为三相交流电压相加除于三，根据直流电压计算零序电压方法正负极电 压相加除于二。

上述的应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，外环功率控制和内环电流控制生成的三相交流电压参考波uref减去零序电压参考值uoref，所使用的零序电压参考值uoref，零序电压即可以选择交流侧计算的零序电压uo_ac，也可以选择直流侧计算的零序电压uo_dc，也可以选择将计算出的零序电压uo_ac与uo_dc相加除于2，选择器对选用的零序电压进行低通或带通滤波得到uoref。

上述的应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，即可以应用于故障站，也可以应用于非故障站，也可以故障站和非故障站同时应用。

本发明还提供一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制系统，所述控制系统包括零序电压检测控制单元、外环控制单元、内环电流控制单元和参考波调整单元，所述零序电压检测控制单元生成零序电压参考值，外环功率控制单元和内环电流控制单元生成基于正负序分解控制的电压参考波，零序电压参考值和基于正负序分解控制的电压参考波经过参考波调整单元产生新的电压参考波，换流阀根据新的新的电压参考波输出相应的相应电压达到非故障站输出交流电压为对称正常电压目的。

上述一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制系统，零序电压检测控制单元包含交流电压实测模块、直流电压实测模块、零序电压生成模块、零序电压选择模块、滤波模块，其中，交流电压实测模块实测交流侧电压，直流电压实测模块实测直流正负极电压，零序电压生成模块分别通过交流电压计算模块得到零序电压uo_ac和直流电压计算模块得到零序电压uo_dc，零序电压选择模块对经过零序电压生成模块生成的零序电压进行选择，滤波模块对零序电压选择模块产生的零序电压进行滤波处理，最终得到零序交流电压参考值uoref。

上述一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制系统，参考波调整单元包含参考波计算模块和限幅模块，参考波计算模块将外环功率控制单元和内环电流控制单元生成的基于电压参考波uref减去零序电压检测控制单元产生的零序电压参考值uoref，得到新的电压参考波uref_new，限幅模块对新的电压参考比进行限幅，限幅幅值小于等于单个桥臂正常子模块个数。

上述一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制系统，零序电压选择模块可以选择选择直流侧计算的零序电压uo_dc，也可以选择交流侧计算的零序电压uo_ac，选择将计算出的零序电压uo_ac与uo_dc相加除于2。

上述一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制系统,即可以应用于故障站，也可以应用于非故障站，也可以故障站和非故障站同时应用。

采用上述方案后，本发明可以快速、准确实现交流系统不平衡电压的控制，抑制交流零序电压通过电压源换流器传导到对侧交流系统，实现故障站与非故障站故障隔离，确保非故障站交流电压不受故障站不对称故障电压影响。

附图说明

图1是本发明一种适用于电压源换流器适用于电压源换流器输配电技术的交流系统不对称故障不平衡电压的控制方法的控制框图。

图2是本发明中柔性直流输电示意图及采用本发明的控制方法后故障站与非故障站交流电压波形图。

图3是本发明中不采用本发明方法时故障站与非故障站交流电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明提供一种一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，抑制交流零序电压通过电压源换流器传导到对侧交流系统，从而达到非故障站输出交流电压为对称正常电压目的。

图1是本发明中一种一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法的控制框图，所述的控制方法在外环功率控制和内环电流控制产生电压参考波uref基础上，减去由零序电压控制产生的零序电压参考值，生成新的参考波uref_new,换流站根据新的uref_new进行控制，从而实现故障站与非故障站交流故障的隔离，非故障站输出交流电压为正常电压。

前述的一种一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，外环控制根据有功功率类控制指令udcref或pref和无功类控制指令qref或usref的输入，结合三相实测电压usa、usb、usc经过abc/dc变换产生的usd、usq，实测三相电流isa、isb、isc经过abc/dc产生的isd、isq计算出当前有功功率p和q，计算出内环电流指令idref和iqref。基于正负序分解的内环控制器根据外环输入idref和iqref指令，结合经过dq变化的电压usd、usq和电流isd、isq，计算得到d轴参考波ucdref和q轴电压参考波ucqref。基于内环电流控制产生的参考电压ucdref和ucqref经过dq/abc反变换产生参考电压uref。

前述的一种一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，零序电压检测 控制单元根据实测交流电压usa、usb、usc和实测直流电压计算零序电压。将实测交流电压usa、usb、usc相加除于三计算得到零序电压uo_ac,将实测正负极直流电压udp、udn相加除于二计算得到零序电压uo_dc。

前述的一种一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，零序电压选择滤波单元对交流电压和直流电压产生的零序电压进行选择，可以选择直流侧计算的零序电压，也可以选择交流侧计算的零序电压，也可以交直流零序电压相加除于2得到零序电压。零序电压选择器输出电压经过低通或带通滤波器，得到零序交流电压参考值uo。

前述的一种一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，参考波调整调整单元将内环电流控制产生的参考电压ucdref和ucqref经过dq/abc反变换产生参考电压uref，减去零序电压选择滤波单元产生的零序电压uo，得到新的参考波uref_new送到阀控系统。

前述的一种一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，所述控制方法即可以应用于故障站，也可以应用于非故障站，也可以故障站和非故障站同时应用。

另外，本发明还提供一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制系统，所述控制系统包括零序电压检测控制单元、外环控制单元、内环控制单元和参考波调整单元，所述零序电压检测控制单元生成零序电压参考值，外环功率控制单元和内环电流控制单元生成基于正负序分解控制的电压参考波，零序电压参考值和基于正负序分解控制的电压参考波经过参考波调整单元产生新的电压参考波，换流阀根据新的新的电压参考波输出相应的相应电压达到非故障站输出交流电压为对称正常电压目的。

零序电压检测控制单元包含交流电压实测模块、直流电压实测模块、零序电压生成模块、零序电压选择模块、滤波模块，其中，交流电压实测模块实测三相交流电压usa、usb、usc，直流电压实测模块实测直流正负极电压udp、udn，零序电压生成模块分别通过交流电压计算模块和直流电压计算模块得到零序电压u0，零序电压选择模块对通过交流和直流电压零序电压进行选择，零序电压电压参考值即可以选择直流侧计算的零序电压uo_dc，也可以选择交流侧计算的零序电压uo_ac，也可以选择交直流零序电压相加除于2。滤波模块对零序电压选择模块产生的零序电压进行滤波处理，最终得到零序交流电压参考值。

上述一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制系统，参考波调整单元包含参考波计算模块和限幅模块，参考波计算模块将外环功率控制单元和内环电流控制单元生成的基于正负序分解控制的电压参考波uref减去零序电压控制单元产生的零序电压参考值uo，得到新的电压参考波uref_new，限幅模块对新的电压参考比进行限幅，限幅幅值小于等于单个桥臂正常子模块个数。

上述一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制系统,即可以应用于故障站，也可以应用于非故障站，也可以故障站和非故障站同时应用。

图2是两端柔性直流输电示意图，柔性直流输电采用无变压器连接，切交流系统为经消弧线圈接地系统，站1发生c相故障，站1非故障相电压升高到故障前倍，切相位发生变化，三相中含有零序电压，如果不采用本发明一种一种应用于电压源换流器的不平衡电压控制方法，故障站站1与非故障站站2波形如图3所示，图3中显示，非故障站站2交流电压也出现了三相不平衡，站1交流故障经过柔性直流传导到站2，柔性直流换流站未实现故障隔离功能，采用本发明的控制方法后故障站与非故障站交流电压波形图如图2所示，站1发生单侧故障，站2电压不受影响，仍然为正常电压。

本发明以两端柔性直流输电为实施例进行介绍实施方案，但本发明不限于两端柔性直流输电，其适用于两个以上电压源换流站构建的直流连接系统，例如统一潮流控制器、多端柔性直流输电、直流配电网等。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。