多馈入直流辅助功率/频率组合控制器协调优化控制方法与流程

本发明涉及多馈入直流附加控制的技术领域，尤其涉及一种多馈入直流辅助功率/频率组合控制器协调优化控制方法。

背景技术：

高压直流输电(hvdc)能够实现电能远距离大容量传输，是大电网互联的重要手段。对于交直流互联电网，利用直流过载能力和快速调节特性，实现电网扰动后的紧急控制，能够显著提高互联电网的暂态稳定性。根据不同的紧急控制目的，可以分为：1)紧急功率控制；2)辅助频率控制；3)附加阻尼控制。虽然紧急控制的目的不同，但本质上都是通过改变直流传输功率来实现的。正常运行的交直流互联电网在受到扰动时，将引起系统功率不平衡，根据扰动发生的位置，将其分为两种类型：1)交流系统区域内扰动，主要由于交流系统区域内短路故障、负荷启停或发电机故障等原因造成的。对于该类型功率扰动，由于直流系统的隔离作用，仅受扰动的电网区域内的发电机转子和电网频率发生变化，对另一端电网几乎无影响；2)联络线故障，对于该类型功率扰动，将同时导致送/受端电网功率不平衡，即导致送端电网功率暂时过剩，受端电网功率暂时不足，造成送端电网频率升高、发电机转子加速，受端电网频率降低、发电机转子减速。

以往研究几乎都是采用多馈入功率支援因子来选择最优的一回直流实现紧急功率控制，这种紧急功率控制策略，可以实现控制代价最小化，但是大规模潮流单向转移，势必会对电网造成冲击，甚至可能引起部分断面功率越限，引起潜在的危害。另外上述选取最优直流的方法，仅针对联络线故障，并不适用交流系统区域内故障的扰动情况。

技术实现要素：

针对现有直流功率控制未区分交流系统内部故障扰动和联络线故障扰动，而是采用相同的控制策略，不能实现动态优化控制的技术问题，本发明提出一种多馈入直流辅助功率/频率组合控制器协调优化控制方法，针对交流系统内部故障扰动和联络线故障扰动两种功率扰动，设计了多回直流辅助紧急功率/频率组合控制器，分别采用多馈入有效短路比比例系数和多馈入功率支援因子比例系数对多回直流辅助紧急功率/频率控制器进行协调优化。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种多馈入直流辅助功率/频率组合控制器协调优化控制方法，其步骤如下：

s1，根据多馈入直流输电系统的连接关系，建立多馈入直流输电系统的数学模型：

其中，pdi和qdi分别为第i回直流线路的有功功率和无功功率；udi和idi分别为第i回直流线路的直流电压和直流电流；φi为第i回直流线路的功率因数角；ui为第i回直流线路的交流母线电压；γi为第i回直流线路的关断角；μi是第i回直流线路上换流器的换相重叠角；xti为第i回直流线路的换流变压器的漏抗；ti为第i回直流线路的换流变压器变比，且下表i＝1,2,...,n，n表示直流线路的总回数；

s2，通过施加小扰动的方式，求取多馈入直流输电系统的多馈入相互作用因子；

s3，根据步骤s2获取的多馈入相互作用因子，求取多馈入直流输电系统的多馈入有效短路比；

s4，根据步骤s3得到的多馈入有效短路比和步骤s2获取的多馈入相互作用因子，求取多馈入功率支援因子；

s5，结合步骤s3和s4，对于交流电网区域内故障或联络线故障时，实现各回直流功率的提升分配，计算直流功率提升；

s6，考虑母线电压水平对功率提升的限制，确定每回直流线路的功率提升量的最大值δpai；

s7，考虑直流功率裕度对功率提升的限制，确定每回直流线路功率提升量的最大值δpbi；

s8，同时考虑母线电压水平限制和直流功率控制裕度限制两种因素限制后，确定每回直流线路在紧急功率提升时的功率提升量；

s9，根据步骤s5和步骤s8，对于交流电网区域内故障或联络线故障，分别比较直流功率提升和功率提升量δpi_max两者大小关系，确定最终每回直流功率提升量；

s10，确定最终直流功率提升量后，联络线故障通过测量联络线的功率是否突降为0来判断，若突降为0，则判断为联络线故障，否则为交流系统故障；联络线故障采用有功功率大方式控制器结构和采用双侧频差控制器结构联合实现功率提升，交流系统故障采用双侧频差控制器结构实现功率控制；

s11，根据步骤s10，得到多馈入直流辅助功率/频率组合控制器结构，实现对多馈入直流辅助功率/频率组合的优化控制。

所述步骤s2中在换流站换流母线上投切一个小的无功功率负荷，求取多馈入直流输电系统的多馈入相互作用因子为：

其中，fmiif,ji表示第j回直流线路相对于第i回直流线路的多馈入相互作用因子，δui是在第i个换流站换流母线上投切一个并联无功功率负荷测量得到的电压变化量，δuj表示为待观察的第j回直流线路的直流换流站母线的电压变化量。

所述步骤s3中多馈入有效短路比kmescri的计算公式为：

其中，saci为第i回直流线路换流站母线处的三相短路容量；qcni为第i回直流线路换流站交流母线处滤波器和并联电容器提供的无功功率；pdni和pdnj分别为第i回直流线路和第j回直流线路的额定容量；

所述步骤s4中多馈入功率支援因子λj,i，计算公式为：λj,i＝fmiif,ji×kmescri；

其中，λj,i表示第i回直流线路对第j回直流线路的支援因子指标；fmiif,ji表示第j回直流线路相对于第i回直流线路的多馈入相互作用因子。

所述步骤s5中对于交流电网区域内故障时，将单回直流多馈入有效短路比kmescri占所有直流的多馈入有效短路比总和的比例rki，实现直流功率的提升分配，计算直流功率提升为：

其中，δpski表示第i回直流线路的直流功率提升的大小，n表示直流线路的总回数，δps表示功率提升总量，rki表示第i回直流线路提升的功率占总提升的功率比值；

对于联络线故障时，将单回直流多馈入功率支援因子λj,i占所有直流多馈入功率支援因子总和的比例rλi，实现各回直流功率提升分配，计算直流功率提升δpsλi为：

其中，δpsλi表示该回直流功率提升的大小，rλi表示表示第i回直流线路提升的功率占总提升的功率比值。

所述步骤s6中每回直流线路的功率提升量的最大值的计算步骤为：

s6.1，通过直流提升单位功率时，引起的母线电压跌落值δu与母线电压额定值之比定义电压敏感因子指标fvsf为：

其中，δu为单位直流功率提升量导致的交流母线电压跌落量；un为交流系统母线电压额定值；

s6.2，假设提升功率为δp，则与该直流系统相连的交流系统母线电压跌落δutotal为：

s6.3，考虑母线电压对直流功率提升的限制后，功率提升量δpai的约束回件表示为：

其中，δumax_i为该回直流所连接的交流系统换流母线电压波动的最大范围。

所述步骤s7中确定每回直流线路功率提升量的最大值δpbi的实现步骤为：直流功率裕度限制因素是直流系统本身的输电能力，高压直流输电系统一般均具有1.1倍的长期过载能力和3s的1.5倍短时过载能力，约束回件表示为：

其中，pactual_i为直流系统实际运行时传输的功率，pn_i为直流系统的额定功率，即规划运行值；δpbi是功率裕度即功率提升最大值，δt为功率提升时间。

所述步骤s8中每回直流线路在紧急功率提升时的功率提升量δpi_max为：

δpi_max＝min(δpai,δpbi)。

所述步骤s9中确定最终每回直流功率提升量的方法为：

1)对于交流电网区域内故障：按照多馈入有效短路比kmescri指标对所有直流进行排序，多馈入有效短路比kmescri指标最大值排在第一，依次类推；比较直流功率提升δpski和功率提升量δpi_max两者大小关系，若直流功率提升δpski小于功率提升量δpi_max，则直流功率提升量为δpski；若直流功率提升δpski大于功率提升量δpi_max，则多出的功率为δpski-δpi_max，根据多馈入有效短路比kmescri指标对所有直流排序的结果，由第i+1回直流分担，依次类推；

2)对于联络线故障：按照多馈入功率支援因子大小λj,i关系对所有直流进行排序，多馈入功率支援因子λj,i指标最大值排在第一，依次类推；比较直流功率提升δpsλi和功率提升量δpi_max两者大小关系，若直流功率提升δpsλi小于功率提升量δpi_max，则直流功率提升量即为直流功率提升δpsλi；若直流功率提升δpsλi大于功率提升量δpi_max，则多出的功率为δpsλi-δpi_max，根据多馈入功率支援因子λj,i指标对所有直流排序的结果，由第i+1回直流分担，依次类推。

所述有功功率大方式控制器包括依次微分环节、低通滤波器、高通滤波器、陷波滤波器和增益环节，测量得到的直流功率实际运行值pd_real与直流功率给定值pd_ord经过加法器得到直流功率变化量，有功功率大方式控制器将直流功率变化量通过微分环节、低通滤波器、高通滤波器、陷波滤波器对信号进行处理，最后通过增益环节对信号进行放大来实现功率提升；所述微分环节的计算公式为s/(1+tpds)，s为微分符号，微分环节的作用是提取信号的变化趋势，tpd是微分时间常数；由低通滤波和高通滤波组合的带通滤波器是s/(1+tpws)和s/(s+εp)的组合，实现一定的频率信号通过，tpw为低通滤波器常数，εp为高通滤波器常数；陷波滤波器为(s²+sa+b)/(s²+sc+d)，参数a＝b＝c＝d取值均为1；增益环节的功率控制增益为kp；

所述双侧频差控制器包括依次连接的测量环节、隔直环节和频率控制增益器；测量得到的逆变侧的交流母线频率fi通过加法器减去测量得到的整流侧的交流母线频率fr得到逆变侧交流系统母线频率和整流侧交流系统母线频率的变化，双侧频差控制器通过测量环节和隔直环节，最后通过增益环节对信号进行放大来实现功率控制；且测量环节为1/(1+tfs)，s为微分符号，tf为测量时间常数；隔直环节为tfws/(1+tfws)，tfw为隔直滤波时间常数；频率控制增益器的频率控制增益为kf。

根据权利要求9所述的多馈入直流辅助功率/频率组合控制器协调优化控制方法，其特征在于，所述多馈入直流辅助功率/频率组合控制器包括相互连接的有功功率大方式控制器和双侧频差控制器，有功功率大方式控制器的输出的信号经过功率比值rλi得到直流功率提升δpsλi，与功率提升量δpi_max相比较得到的信号i，双侧频差控制器输出的信号经过功率比值rki得到直流功率提升δpski，与功率提升量δpi_max相比较得到的信号ii相加，信号i和信号ii经过加法器相加后传送至直流系统的定电流主控制器。

本发明的有益效果：以多馈入直流输电系统为研究对象，针对交流系统区域内故障扰动和联络线故障扰动两种功率扰动形式，设计了辅助紧急功率/频率组合控制器，分别以多馈入有效短路比比例系数和多馈入功率支援因子比例系数对多回直流辅助紧急功率/频率控制器进行协调优化；最后在pscad仿真平台搭建多馈入直流输电系统，以馈入点电网的母线电压和频率以及发电机功角为控制目标，对本发明进行了仿真验证，结果表明了其合理性；可以实现对多馈入直流互联电力系统紧急控制，从而提高系统暂态稳定性，具有较强的参考价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明两区域两直流并联系统的示意图。

图2为本发明有功功率大方式控制的原理图。

图3为本发明双侧频差控制的原理图。

图4为本发明辅助功率/频率组合控制器的结构图。

图5为本发明辅助功率/频率组合控制器的控制流程图。

图6为三机三直流输电系统的结构图。

图7为本发明hvdc1发生故障时，不同控制时母线6频率变化的曲线图。

图8为本发明hvdc1发生故障时，不同控制时母线6电压变化的曲线图。

图9为本发明hvdc1发生故障时，不同控制时发电机1功角变化的曲线图。

图10为本发明母线1处一条馈线故障时，不同控制时母线6频率变化的曲线图。

图11为本发明母线1处一条馈线故障时，不同控制时母线6电压变化的曲线图。

图12为本发明母线1处一条馈线故障时，不同控制时发电机1功角变化的曲线图。

具体实施方式

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付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。

如图1所示，以双馈入直流输电系统为例，来阐述直流功率控制原理。图1是两区域两直流并联系统，该系统由送端交流系统(区域1)、受端交流系统(区域2)、区域1负荷(pl1)、区域2负荷(pl2)以及两回直流输电系统组成，送端交流系统和区域1负荷通过两回直流输电系统与受端交流系统和区域2负荷(pl2)相连接。在研究故障下电力系统暂态稳定性问题时，常常将系统等效为双机失稳模式。即将双馈入直流输电系统划分为临界群s和余下群a，因此双馈入直流输电系统功角稳定性问题即变为临界群s对余下群a的相对摇摆问题。基于上述分析，分别将送端电网和受端电网等效为单台发电机，用临界群s和余下群a表示，采用惯性中心坐标得到临界群s和余下群a的暂态运动方程为：

其中，

其中，ms和ma分别为临界群s和余下群a的等值惯性时间常数；δs和δa分别为临界群s和余下群a的惯性中心下的功角；ωs和ωa分别为临界群s和余下群a的惯性中心下的角频率；和分别表示临界群s和余下群a的功角和角频率的导数；pms和pes分别为临界群s的所有发电机等值机械功率和等值电磁功率；pma和pea分别为余下群a的所有发电机等值机械功率和等值电磁功率；ii表示临近群s中的发电机变量，jj表示余下群a中的发电机变量；pmii和peii分别为临界群s中的第ii台机组的机械功率和电磁功率；pmjj和pejj为余下群a中的第jj台机组等值机械功率和电磁功率；mii、δii和ωii分别表示临界群s中的第ii台发电机惯性时间常数、功角和角频率；mjj、δjj和ωjj分别表示余下群a中的第jj台发电机惯性时间常数、功角和角频率；pl1和pl2分别表示区域1和区域2的负荷；pdc1和pdc2分别直流回路1和直流回路2传输的功率。

临界群s和余下群a的暂态运动方程合并后，两机群暂态运动状态方程可以等效为单机系统，等效的单机系统转子运动方程为：

其中，δsa＝δs-δa，ωsa＝ωs-ωa。

在平衡点施加扰动，假设发电机机械功率保持不变，单机系统转子运动方程变为：

其中，符号δ表示微小变化量；和δωsa分别表示合并为单台发电后等值的功角导数、角频率导数以及角频率的微小变化量；δpl1和δpl2表示区域1和区域2的负荷微小变化量；δpdc1和δpdc2分别表示直流回路1和直流回路2传输功率的微小变化量。

对于联络线故障，假如负荷不变。图1所示系统中，假设直流线路1因故障被切除，即δpdc1＝0-pdc1，代入上式得：

因此，要想保证等于0，则δpdc2＝pdc1。即紧急提升直流线路2的功率，将直流线路1的功率全部转移至直流线路2。对于多回直流输电系统，当其中一回直流系统因故障退出，由于直流回路传输的功率一般较大，因此一般来讲只采用某一回直流线路无法实现原故障直流功率全部转移，因此需要其它多回直流线路共同分担。即使某一回直流线路可以全部承担原故障直流功率的全部转移，由于大规模潮流单向转移，势必会对转移处的电网产生较大冲击，导致潜在的功率越限危险，因此为了实现潮流分布的合理化，实现电网暂态过程的平稳过渡，多回直流系统共同承担是较好的选择。

对于交流系统区域内扰动。同样道理，通过改变直流线路1和直流线路2传输的功率，实现不平衡功率的转移控制，维持受扰动区域电网正常运行。与联络线故障不同，因为该类型扰动是单端区域内部扰动，通过改变直流的传输功率，将受扰动区域内的不平衡功率转移至正常运行电网，从而实现电网的稳定。

基于上述理论，本发明提供了一种多馈入直流辅助功率/频率组合控制器协调优化控制方法，如图1-5所示，步骤如下：

s1，根据多馈入直流输电系统的连接关系，建立多馈入直流输电系统的数学模型：

其中，下表i＝1,2,...,n，n表示直流线路的总回数；pdi和qdi分别为第i回直流线路的有功功率和无功功率；udi和idi分别为第i回直流线路的直流电压和直流电流；φi为第i回直流线路的功率因数角；ui为第i回直流线路的交流母线电压；γi为第i回直流线路的关断角；μi是第i回直流线路上换流器的换相重叠角；xti为第i回直流线路的换流变压器的漏抗，换流变压器是特殊的变压器，换流器一般是六脉动换流桥或者12脉动换流桥；ti为第i回直流线路的换流变压器变比。

s2，通过施加小扰动的方式，即在换流站换流母线上投切一个小的无功功率负荷，求取多馈入直流输电系统的多馈入相互作用因子，计算公式为：

其中，fmiif,ji表示第j回直流线路相对于第i回直流线路的多馈入相互作用因子，δui为第i回直流线路在额定功率下运行时，在其换流站换流母线上投切一个并联无功功率负荷造成的换流母线电压的变化量；δuj表示为待观察的第j回直流线路的直流换流站母线的电压变化量。δui即是在第i个换流站换流母线上投切一个并联无功功率负荷测量得到的电压变化量，δuj即是通过测量得到的在第i个换流站换流母线上投切一个并联无功功率，引起的第j回直流线路的直流换流站母线的电压变化量。

s3，根据步骤s2获取的多馈入相互作用因子，求取多馈入直流输电系统的多馈入有效短路比kmescri，计算公式为：

其中，saci为第i回直流线路换流站母线处的三相短路容量；qcni为第i回直流线路换流站交流母线处滤波器和并联电容器提供的无功功率；pdni和pdnj分别为第i回直流线路和第j回直流线路的额定容量。saci等于换流母线处三相短路电流与该母线处的额定电压的乘积；qcni可以通过多功能电能表测量得到；pdni和pdnj等于该回直流线路的额定定压和额定电流的乘积。

s4，根据步骤s3得到的多馈入有效短路比和步骤s2获取的多馈入相互作用因子，求取多馈入功率支援因子λj,i，计算公式为：

λj,i＝fmiif,ji×kmescri(4)；

其中，λj,i表示第i回直流线路对第j回直流线路的支援因子指标，λj,i数值越大代表直流系统i对直流系统j的支援效果越好。直流系统i是第i回直流线路所在的系统，直流系统j是第j回直流线路所在的系统。

s5，结合步骤s3和s4，对于交流电网区域内故障时，将单回直流多馈入有效短路比占所有直流的多馈入有效短路比总和的比例，即rki，实现直流功率的提升分配，直流功率提升δpski计算公式为：

其中，δpski表示第i回直流线路的直流功率提升的大小，n表示直流线路的总回数，δps表示功率提升总量，rki表示第i回直流线路提升的功率占总提升的功率比值。δps是由于系统扰动导致的系统不平衡功率，通过稳定分析的方法得到。

对于联络线故障时，将单回直流多馈入功率支援因子占所有直流多馈入功率支援因子总和的比例，即rλi，实现各回直流功率提升分配，直流功率提升δpsλi计算公式为：

其中，δpsλi表示该回直流功率提升的大小，rλi表示表示第i回直流线路提升的功率占总提升的功率比值。

s6，由于有功功率的提升会消耗无功功率，因此提升有功功率功率时将引起母线电压跌落，因此，考虑母线电压水平对功率提升的限制，确定每回直流线路的功率提升量的最大值δpai。

每回直流线路的功率提升量的最大值δpai的具体步骤为：

s6.1，通过直流提升单位功率时，引起的母线电压跌落值δu与母线电压额定值之比来定义电压敏感因子指标fvsf，用于评估交流系统母线电压水平对功率提升量的限制：

其中，δu为单位直流功率提升量导致的交流母线电压跌落量；un为交流系统母线电压额定值，即系统规划运行值；δu可以通过在直流功率指令上叠加单位功率提升指令后，测量母线的电压变化得到。

s6.2，根据步骤s6.1，假设提升功率为δp时，则与该直流系统相连的交流系统母线电压跌落为：

s6.3，根据步骤s6.2，考虑母线电压对直流功率提升的限制后，功率提升量δpai的约束回件可以表示为：

其中，δumax_i为该回直流所连接的交流系统换流母线电压波动的最大范围。

s7，考虑直流功率裕度对功率提升的限制，确定每回直流线路功率提升量的最大值δpbi。

功率裕度就是直流线路的功率可以超出额定运行值，但是有规定值。如果短期3s时，直流功率可以达到1.5倍额定值；超过3s时，直流功率可以长期运行在1.1倍额定值。

具体步骤为：直流功率裕度限制因素是直流系统本身的输电能力，高压直流输电系统一般均具有1.1倍的长期过载能力和3s的1.5倍短时过载能力。约束回件可以表示为：

其中，pactual_i为直流系统实际运行时传输的功率，通过直流运行时测量得到。pn_i为直流系统的额定功率，即规划运行值；δpbi是功率裕度(即，功率提升最大值)，δt为功率提升时间。即系统运行时，直流传输的功率的未必在额定值运行状态，可能比额定值低，则就有功率裕度。

s8，根据步骤s6.3和步骤s7，即同时考虑母线电压水平限制和直流功率控制度限制两种因素限制后，每回直流线路在紧急功率提升时的功率提升量确定为δpi_max：

δpi_max＝min(δpai,δpbi)(11)。

s9，根据步骤s5和步骤s8，对于交流电网区域内故障，比较直流功率提升δpski和功率提升量δpi_max两者大小关系，确定最终每回直流功率提升量；对于联络线故障，比较直流功率提升δpsλi和功率提升量δpi_max两者大小关系，确定每回直流功率提升量。

具体确定方法为：1)对于交流电网区域内故障。首先，按照多馈入有效短路比kmescri指标对所有直流进行排序，多馈入有效短路比kmescri指标最大值排在第一，依次类推。然后，比较直流功率提升δpski和功率提升量δpi_max两者大小关系，若直流功率提升δpski小于功率提升量δpi_max时，则直流功率提升量即为δpski；若直流功率提升δpski大于功率提升量δpi_max时，则多出的功率，即δpski-δpi_max，应根据多馈入有效短路比kmescri指标对所有直流排序的结果，应由第i+1回直流分担，依次类推。

2)对于联络线故障，首选，按照多馈入功率支援因子大小λj,i关系对所有直流进行排序，多馈入功率支援因子λj,i指标最大值排在第一，依次类推。然后，比较直流功率提升δpsλi和功率提升量δpi_max两者大小关系，若直流功率提升δpsλi小于功率提升量δpi_max时，则直流功率提升量即为直流功率提升δpsλi；若直流功率提升δpsλi大于功率提升量δpi_max时，则多出的功率，即δpsλi-δpi_max，应根据多馈入功率支援因子λj,i指标对所有直流排序的结果，应由第i+1回直流分担，依次类推。

s10，根据步骤s9，确定最终直流功率提升量后，对于联络线故障，该故障可以通过测量联络线的功率是否突降为0来判断，若突降为0，则判断为联络线故障，否则为交流系统故障。采用有功功率大方式控制器结构实现功率提升。有功功率大方式控制器结构具体为图2。

有功功率大方式控制器首先是通过加法器(即pd_ord减去pd_real)得到直流功率变化量，然后通过微分环节、低通滤波器、高通滤波器、陷波滤波器对信号进行处理，最后通过增益环节对信号进行放大来实现。

图2中，pd_real为测量得到的直流功率实际运行值，pd_ord为直流功率给定值。若某时刻，测量得到pd_real为0，说明这回直流故障系统故障了，原本由该直流承担的输送功率，让其它直流来输送。s为微分符号；s/(1+tpds)为微分环节的计算公式，该环节的作用是提取信号的变化趋势，以能够起到较好的动态控制效果，tpd是微分时间常数，取值0.1；s/(1+tpws)和s/(s+εp)的组合是由低通滤波和高通滤波组合的带通滤波器，实现一定的频率信号通过，tpw取值为0.1，εp取值为0.1；(s²+sa+b)/(s²+sc+d)为陷波滤波器，a＝b＝c＝d取值均为1；kp为功率控制增益，取值为1。

对于交流系统故障，该故障首先通过判断联络线的功率是否突降为0来判断，若突降为0，则判断为联络线故障，否则判定为交流系统故障。

采用双侧频差控制器结构实现功率控制，双侧频差控制器结构具体为图3。双侧频差控制器，首先是通过加法器(即fi减去fr)得到逆变侧交流系统母线频率和整流侧交流系统母线频率的变化，然后通过隔直环节，最后通过增益环节对信号进行放大来实现。

双侧频差控制器包括依次连接的测量环节、隔直环节和频率控制增益器，且图3中，fr和fi分别为测量得到的整流侧和逆变侧的交流母线频率；s为微分符号；1/(1+tfs)为测量环节，tf为测量时间常数，取值为0.03；tfws/(1+tfws)为隔直环节，tfw为隔直滤波时间常数，取值为0.1；kf为频率控制增益，取值为40。

s11，根据步骤s10，得到多馈入直流辅助功率/频率组合控制器结构如图4所示。

多馈入直流辅助功率/频率组合控制器包括相互连接的有功功率大方式控制器和双侧频差控制器，虚线框外部是直流系统的定电流主控制器。有功功率大方式控制器的输出的信号经过功率比值rλi得到直流功率提升δpsλi，与功率提升量δpi_max相比较得到的信号i，双侧频差控制器输出的信号经过功率比值rki得到直流功率提升δpski，与功率提升量δpi_max相比较得到的信号ii相加，信号i和信号ii经过加法器相加后与直流信号iord以及与直流电流i经过测量环节得到的信号一并通过加法器后传送至定电流主控制器的pi控制器，通过限幅环节后输出，其中，g表示增益常数，s表示微分符号，t表示时间常数。

s12，最后得到多馈入直流辅助功率/频率组合控制器优化控制方法的逻辑流程图如图5所示。

根据图5，首先，通过检测系统频率变化δf，当系统频率变化δf超出稳定的范围即判断系统发生扰动，具体判断公式为：

式中，δfi为逆变侧交流系统频率变化，δfr为整流侧交流系统频率的变化，通过测量系统运行时的频率与系统额定频率(50hz)相减得到。

对于联络线故障，该故障可以通过测量联络线的功率是否突降为0来判断，若突降为0，则判断为联络线故障，否则为交流系统故障。通过一个逻辑判断元件，相当于一个继电器，当大于这个值，这该通路导通。则该控制即启动有功功率大方式控制器apm和双侧频差控制器dfdm。

为了验证本发明的有效性和鲁棒性，在pscad中搭建三直流三机输电系统，拓扑结构如图6所示。三直流三机输电系统包括三回直流系统hvdc1、hvdc2、hvdc3，三台交流发电机g1、g2和g3、三个交流电源e1、e2和e3。直流系统hvdc1与交流电源e1相连接，直流系统hvdc1通过母线6与发电机g1相连接，发电机g1通过母线4与发电机g2相连接；直流系统hvdc2与交流电源e2相连接，直流系统hvdc2通过母线7分别与母线6、发电机g1和母线5相连接；直流系统hvdc3与交流电源e3相连接，直流系统hvdc3通过母线5与发电机g3相连接，发电机g3与母线4相连接。该系统中，三回直流线路均采用标准的cigre模型，直流系统控制方式为整流侧定直流电流控制、逆变侧定关断角控制。直流线路每回功率为pdc＝1000mw，vdc＝500kv。发电机模型均采用详细六阶模型且都包含励磁和调速系统，且都未装电力系统稳定器。发电机额定容量g1和g3相等为700mva，g2为512mva，三台发电机惯性时间常数均为h＝6.5s。

设置两种故障情景对所提方法进行验证。

1)hvdc1在3s时因故障退出运行，5s时故障清除，恢复运行。仿真得到母线6频率变化曲线如图7所示，母线6电压变化曲线如图8所示，发电机1功角变化曲线如图9所示。图7-9中，no表示无直流控制，s-dc表示单回直流控制，m-dc表示多回直流联合控制，但仅有功功率大方式控制器(activepowermodulation，apm)起作用，m-dc-c表示多回直流联合控制，故障期间apm和双侧频差控制(dualfrequencydifferencemodulation，dfdm)同时起作用，故障恢复后仅dfdm起作用。

通过图7-9中母线频率变化、母线电压变化以及发电机功角变化可以看出，对于联络线故障，采用多回直流组合控制的效果是最优的，证明了本发明所提方法的有效性。

2)3s时母线1处一馈线支路因故障被切除，失去862mw负荷。仿真得到母线6频率变化曲线如图10所示，母线6电压变化曲线如图11所示，发电机1功角变化曲线如图12所示。图10-12中no、s-dc以及m-dc与上述相同，由于是区内故障，因此仅双侧频差控制器(dualfrequencydifferencemodulation，dfdm)被投入。

通过如图10-12的母线频率变化、母线电压变化以及发电机功角变化可以看出，对于区内故障，多回直流控制能够使潮流分布更为合理，各母线电压水平较高，因此，综合控制效果也是最优的，从而证明了本发明所提方法的有效性。

本发明针对多馈入直流输电系统设计了提高交直流互联系统稳定性的辅助功率/频率组合控制器，依据联络线故障和区内故障，分别采用功率支援因子比例系数和多馈入短路比比例系数进行协调优化，通过仿真验证了本命的有效性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。