一种新能源经柔性直流送出的主动支撑控制方法及系统与流程

本发明涉及电力系统、柔性直流电网与新能源汇集领域，具体涉及一种新能源经柔性直流送出的主动支撑控制方法。

背景技术：

1、未来新能源在电力系统的占比将越来越高，由此导致电力系统的转动惯量与电网强度下降，对电力系统的安全稳定运行构成的威胁也越来越大。柔性直流输电作为新能源外送的重要手段，其控制策略决定了系统在低惯量弱电网下的稳定性。当柔性直流连接孤岛新能源送出系统时，传统电压频率控制无法实现新能源惯量模拟以支撑受端电网，且受端电网通常采用锁相环在弱电网下存在失稳的风险。

技术实现思路

1、为了解决现有技术无法实现新能源惯量模拟以支撑受端电网，且受端电网通常采用锁相环在弱电网下存在失稳风险的问题，本发明提出了一种新能源经柔性直流送出的主动支撑控制方法，该方法应用于受端换流站，包括：

2、受端换流站采用直流电压与交流电压混合同步控制策略控制直流电压跟随电网频率，将电网频率镜像至直流电压；

3、受端换流站采用电容电压控制，得到受端换流站的共模调制输出量，并基于所述共模调制输出量结合内环控制策略和环流控制策略生成受端换流站的调制信号。

4、优选的，所述受端换流站采用直流电压与交流电压混合同步控制策略控制直流电压跟随电网频率，将电网频率镜像至直流电压，包括：

5、受端换流站使用内环控制直流电压与混合同步协调配合对受端电网频率进行无静差跟踪从而将混合同步下的交流q轴电压控制为零，进而使电网锁相频率按比例镜像至直流电压。

6、优选的，所述受端换流站使用内环控制直流电压与混合同步协调配合对受端电网频率进行无静差跟踪从而将混合同步下的交流q轴电压控制为零，包括：

7、受端换流站直流电压控制环节直流电压参考采用电网频率标幺值，受端直流电压变化量与同步环节的频率变化量一致，进而将混合同步下的交流q轴电压控制为零。

8、优选的，所述受端直流电压变化量与同步环节的频率变化量一致，进而将混合同步下的交流q轴电压控制为零，如下式所示：

9、

10、其中，idrefr为系统电压环输出电流参考值，pidc为直流电压pi控制器，udcr为受端换流站直流电压，ωr为受端交流系统的频率标幺值，δudcr为受端直流电压变化量，δωr为同步环节的频率变化量；

11、

12、其中，kuqr为一阶惯性环节的增益，tuqr为一阶惯性环节的时间常数，s为拉普拉斯算子，uqr为受端换流站的pcc点电压在控制器坐标的q轴分量，θg和θr分别是并网点电网相位与换流站生成相位，ωg为交流系统频率。

13、优选的，所述受端换流站的共模调制输出量按下式计算：

14、

15、其中，umdcr为受端换流站的共模调制输出量，udc为直流电压标称值，piuc为电容电压比例积分控制器，s为拉普拉斯算子，j和dp分别为系统惯性延时与调频系数，为桥臂电容电压的偏差，和为各桥臂电容电压参考值和平均值，为桥臂电容电压和，x＝a/b/c代表相，k＝u/l代表上/下桥臂，δudcr为受端换流站直流电压的变化量。

16、优选的，所述受端换流站的调制信号包括受端换流站的上桥臂的调制参考波和下桥臂的调制参考波；

17、其中，所述受端换流站的上桥臂的调制参考波和所述下桥臂的调制参考波分别按下式计算：

18、

19、

20、式中，mkur和mklr分别为受端换流站的上下桥臂的调制参考波，uc、ucc为差模与环流控制生成的电压参考值，为桥臂电容电压和平均值，umdcr为受端换流站的共模调制输出量。

21、再一方面本发明还提供了一种新能源经柔性直流送出的主动支撑控制方法，该方法应用于送端换流站，包括：

22、送端换流站基于自身检测的直流电压、电流与线路参数，估算受端换流站直流电压，从而得到受端交流系统的频率信息；

23、送端换流站采用直流电压与交流电压的构网型混合同步控制策略，结合所述受端交流系统的频率信息从而调节送端电网频率；

24、送端换流站采用电容电压控制，得到送端换流站的共模调制输出量，并基于所述共模调制输出量结合内环控制策略和环流控制策略生成送端换流站的调制信号。

25、优选的，所述送端换流站基于自身检测的直流电压、电流与线路参数，估算受端换流站直流电压，从而得到受端交流系统的频率信息，包括：

26、送端换流站自身检测的直流电压减去由电流于线路参数确定的压降，得到送端估算的受端换流站直流电压；

27、由送算估算的受端换流站直流电压减去直流电压参考的标幺值，得到送端估算的受端直流电压变化量；

28、由所述送端估算的受端直流电压变化量确定受端交流系统的频率信息。

29、优选的，所述送端估算的受端直流电压变化量按下式计算：

30、

31、其中，udcs、udcr1、δudcr1、tdc、ldc、rdc、idc为送端直流电压、送端估算的受端直流电压、送端估算的受端直流电压变化、等效的一阶低通滤波器时间常数、线路电感电阻、直流电流，udcref为受端换流站的参考电压的标幺值，s为拉普拉斯算子。

32、优选的，所述送端换流站采用直流电压与交流电压的构网型混合同步控制策略，结合所述受端交流系统的频率信息从而调节送端电网频率，包括：

33、送端换流站采用内环构网型定电压控制交流电压q轴值在同步环节的稳态反馈量为0，根据直流电压调节送端交流侧频率；

34、在所述直流电压与交流电压的构网型混合同步控制策略下送端交流侧频率与送端估算的受端换流站直流电压一致，而估算的受端换流站直流电压又与受端交流电网频率一致，从而将受端交流系统的频率信息传递到送端换流站的频率。

35、优选的，所述送端换流站采用内环构网型定电压控制交流电压q轴值在同步环节的稳态反馈量为0，根据直流电压调节送端交流侧频率，如下式所示：

36、iqrefs＝piv(uqref-uqs)

37、式中，iqrefs为送端换流站的电压外环输出，piv为电压外环，uqref、uqs为送端换流站的q轴参考值与实际值。

38、优选的，所述在所述直流电压与交流电压的构网型混合同步控制策略下送端交流侧频率与送端估算的受端换流站直流电压一致，而估算的受端换流站直流电压又与受端交流电网频率一致，从而将受端交流系统的频率信息传递到送端换流站的频率，如下式所示：

39、

40、式中，θs为送端换流站的相位，ωs为送端换流站的频率，udcr1为送端换流站的估计的受端直流电压，uqs、kuqs、tuqs分别为q轴交流电压，q轴交流电压反馈增益和时间常数，s为拉普拉斯算子。

41、优选的，所述送端的共模调制输出量按下式计算：

42、

43、其中，umdcs为受端换流站的共模调制输出量，udc为直流电压标称值，piuc为电容电压比例积分控制器，s为拉普拉斯算子，j和dp分别为系统惯性延时与调频系数，为桥臂电容电压的偏差，和为各桥臂电容电压参考值和平均值，为桥臂电容电压和，x＝a/b/c代表相，k＝u/l代表上/下桥臂，δudcr1为送端估算的受端直流电压变化量。

44、优选的，所述送端换流站的调制信号包括送端换流站的上桥臂的调制参考波和下桥臂的调制参考波；

45、其中，所述送端换流站的上桥臂的调制参考波和所述下桥臂的调制参考波分别按下式计算：

46、

47、

48、式中，mkus和mkls分别为送端换流站的上下桥臂的调制参考波，uc、ucc为差模与环流控制生成的电压参考值，为桥臂电容电压和平均值，umdcs为受端换流站的共模调制输出量。

49、再一方面本发明还提供了一种适用新能源经柔性直流送出系统的主动支撑控制系统，包括送端换流站，分别于所述送端换流站连接的受端换流站以及送端新能源；

50、所述受端换流站，用于采用直流电压与交流电压混合同步控制策略控制直流电压跟随电网频率，将电网频率镜像至直流电压，同时采用电容电压控制得到受端换流站的共模调制输出量，并基于所述共模调制系统结合内环控制策略和环流控制策略生成受端换流站的调制信号；

51、所述送端换流站基于自身检测的直流电压、电流与线路参数，估算受端换流站直流电压，从而得到受端交流系统的频率信息，并采用直流电压与交流电压的构网型混合同步控制策略，将送端换流站直流电压频率进行转换进而调节送端电网频率；同时还采用电容电压控制得到送端换流站的共模调制输出量，并基于所述共模调制输出量结合内环控制策略和环流控制策略生成送端换流站的调制信号；

52、所述送端新能源采用构网型或者跟网型控制策略通过所述送端换流站进行能量外送，参与频率响应。

53、优选的，所述受端换流站采用下式控制直流电压跟随电网频率：

54、

55、其中，δωr、udcr和δudcr为受端换流站频率变化量、直流电压与直流电压的变化量，udcref为受端换流站的参考电压的标幺值，uqr为pcc点电压在受端控制器坐标的q轴分量，kuqr为一阶惯性环节的增益，tuqr为一阶惯性环节的时间常数，s为拉普拉斯算子。

56、优选的，所述受端换流站通过下式计算共模调制输出量：

57、

58、其中，umdcr为受端换流站的共模调制输出量，udc为直流电压标称值，piuc为电容电压比例积分控制器，s为拉普拉斯算子，j和dp分别为系统惯性延时与调频系数，为桥臂电容电压的偏差，和为各桥臂电容电压参考值和平均值，为桥臂电容电压和，x＝a/b/c代表相，k＝u/l代表上/下桥臂，δudcr为受端换流站直流电压的变化量。

59、优选的，所述受端换流站通过下式计算受端换流站的调制信号，其中所述调制信号包括：上桥臂的调制参考波和下桥臂的调制参考波：

60、

61、

62、式中，mkur和mklr分别为受端换流站的上下桥臂的调制参考波，uc、ucc为差模与环流控制生成的电压参考值，为桥臂电容电压和平均值，umdcr为受端换流站的共模调制输出量。

63、优选的，所述送端换流站通过下式计算送端估算的受端直流电压变化量：

64、

65、其中，udcs、udcr1、δudcr1、tdc、ldc、rdc、idc为送端直流电压、送端估算的受端直流电压、送端估算的受端直流电压变化、等效的一阶低通滤波器时间常数、线路电感电阻、直流电流，udcref为受端换流站的参考电压的标幺值，s为拉普拉斯算子。

66、优选的，所述送端换流站通过下式将送端换流站直流电压转换，进而调节送端电网频率：

67、iqrefs＝piv(uqref-uqs)

68、式中，iqrefs为送端换流站的电压外环输出，piv为电压外环，uqref、uqs为送端换流站的q轴参考值与实际值；

69、所述稳态下的送端交流侧频率与送端估算的受端直流电压一致进行送端换流站直流电压频率转换，如下式所示：

70、

71、式中，θs为送端换流站的相位，ωs为送端换流站的频率，udcr1为送端换流站的估计的受端直流电压，uqs、kuqs、tuqs分别为q轴交流电压，q轴交流电压反馈增益和时间常数，s为拉普拉斯算子。

72、优选的，所述送端换流站通过下式计算送端换流站的共模调制输出量：

73、

74、其中，umdcs为送端换流站的共模调制输出量，udc为直流电压标称值，piuc为电容电压比例积分控制器，s为拉普拉斯算子，j和dp分别为系统惯性延时与调频系数，为桥臂电容电压的偏差，和为各桥臂电容电压参考值和平均值，为桥臂电容电压和，x＝a/b/c代表相，k＝u/l代表上/下桥臂，δudcr1为送端估算的受端直流电压变化量。

75、优选的，所述送端换流站通过下式计算调制信号，其中所述调制信号包括送端换流站的上桥臂的调制参考波和下桥臂的调制参考波；

76、其中，所述送端换流站的上桥臂的调制参考波和所述下桥臂的调制参考波分别按下式计算：

77、

78、

79、式中，mkus和mkls分别为送端换流站的上下桥臂的调制参考波，uc、ucc为差模与环流控制生成的电压参考值，为桥臂电容电压和平均值，umdcs为受端换流站的共模调制输出量。

80、再一方面，本技术还提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；

81、处理器，用于执行一个或多个程序；

82、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的一种新能源经柔性直流送出的主动支撑控制方法。

83、再一方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的一种新能源经柔性直流送出的主动支撑控制方法。

84、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

85、本发明提供了一种新能源经柔性直流送出的主动支撑控制方法，该方法应用于受端换流站，包括：受端换流站采用直流电压与交流电压混合同步控制策略控制直流电压跟随电网频率，将电网频率镜像至直流电压；受端换流站采用电容电压控制，得到受端换流站的共模调制输出量；受端换流站基于所述共模调制输出量结合内环控制策略和环流控制策略生成受端换流站的调制信号。本发明受端换流站采用直流电压与交流电压混合同步控制策略，避免了采用锁相环在弱电网下存在失稳的风险，提升系统的动态性能。且本发明还采用了电容电压独立控制产生共模调制系数，实现电容电压与直流电压解耦控制。