VSC交流断面失电的交流过电压抑制方法及系统与流程

vsc交流断面失电的交流过电压抑制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种vsc交流断面失电的交流过电压抑制方法及系统。


背景技术：

2.相对于电网换相换流器(lcc)，电压源换流器(vsc)具有无换相失败、有功功率和无功功率独立控制、谐波小、可向无源系统供电、易构造多端系统等优点。模块化多电平换流器(mmc)作为一种电压源换流器，满足了高压大容量直流输电的需求，无需配置交流滤波器，在柔性直流输电领域获得广泛应用。但是当连接受端vsc变压器的所有交流线路发生断线故障(即交流断面失电故障)时，vsc变压器网侧出现严重过电压。
3.现有的vsc变压器网侧的过电压限制方法为网侧避雷器限制过电压，网侧避雷器安装位置如图1所示。
4.vsc大功率运行时，发生交流断面失电故障后，vsc直流侧存在大量的功率盈余，子模块电容电压升高。由于故障后变压器阀侧电流变为0，vsc内环电流控制器输出的调制电压幅值达到最大限值，变压器网侧出现严重过电压，通过网侧避雷器限制过电压，避雷器的能量较大，经济性较差。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种vsc交流断面失电的交流过电压抑制方法及系统，通过修改控制策略抑制交流过电压，减小变压器网侧避雷器能量，提升系统经济性。
6.为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种vsc交流断面失电的交流过电压抑制方法，包括如下步骤：
7.采集变压器网侧的三相电压，对所述三相电压进行abc/
ɑ
β坐标变换，计算出网侧电压幅值；
8.将所述网侧电压幅值通过一阶惯性环节，滤除高频波动；
9.滤除高频波动后的网侧电压幅值与电压死区值u
sdeadband
作差，得到电压偏差值；
10.对电压偏差值进行限幅、放大；
11.将经过限幅和放大后的电压偏压值与内环限幅控制的最大限制值u
max1
作差，得到差值；
12.对所述差值进行限幅处理，输出参考电压的限幅值u
max
和u
min
；
13.将所述参考电压的限幅值u
max
和u
min
作为vsc电流内环控制中pi控制器的参考电压的最大和最小限幅值。
14.进一步的，所述电压死区值u
sdeadband
的取值为交流电压稳态最大值与电压裕度之和。
15.进一步的，对电压偏差值进行限幅包括：
16.当网侧电压幅值大于电压死区值时，输出的电压偏差值大于0，且不大于电压偏差
最大限值u
max0
；当电压幅值小于或等于电压死区值时，输出的电压偏差值等于0。
17.进一步的，u
max0
的取值大于或等于交流过电压最严重工况下的电压偏差值。
18.进一步的，对电压偏差值进行放大包括：
19.对电压便差值进行放大k倍，k为电压偏差增益。
20.进一步的，k k取值为2。
21.进一步的，所述内环限幅控制的最大限制值u
max1
的取值为1.5pu。
22.进一步的，对所述差值进行限幅处理包括：
23.所述差值限制的范围为[u
min1
，u
max1
]，其中，u
min1
的取值为0.7pu，u
max1
的取值为1.5pu。
[0024]
本发明的第二方面提供了一种vsc交流断面失电的交流过电压抑制系统，包括：
[0025]
网侧电压幅值计算模块，用于采集变压器网侧的三相电压，对所述三相电压进行abc/
ɑ
β坐标变换，计算出网侧电压幅值；
[0026]
滤波模块，将所述网侧电压幅值通过一阶惯性环节，滤除高频波动；
[0027]
电压偏差值处理模块，将滤除高频波动后的网侧电压幅值与电压死区值u
sdeadband
作差，得到电压偏差值；对电压偏差值进行限幅、放大；
[0028]
参考电压的限幅值获取模块，将经过限幅和放大后的电压偏压值与内环限幅控制的最大限制值u
max1
作差，得到差值；对所述差值进行限幅处理，输出参考电压的限幅值u
max
和u
min
；
[0029]
控制模块，将所述参考电压的限幅值u
max
和u
min
作为vsc电流内环控制中pi控制器的参考电压的最大和最小限幅值。
[0030]
进一步的，所述电压偏差值处理模块对电压偏差值进行限幅包括：
[0031]
当网侧电压幅值大于电压死区值时，输出的电压偏差值大于0，且不大于电压偏差最大限值u
max0
；当电压幅值小于或等于电压死区值时，输出的电压偏差值等于0。
[0032]
综上所述，本发明提供了一种vsc交流断面失电的交流过电压抑制方法及系统，常规的vsc电流内环限幅值为常数，本发明的vsc电流内环限幅控制根据变压器网侧电压动态调整vsc电流内环限幅值。采集变压器网侧三相电压进行abc/αβ坐标变换，计算出网侧电压幅值。通过一阶惯性环节，滤除高频波动。网侧电压幅值与电压死区值作差后通过限幅处理。当网侧电压幅值大于电压死区值时，输出电压偏差大于0，且不大于电压偏差最大限值u
max0
；当电压幅值小于或等于电压死区值时，电压偏差等于0。电压偏差放大k倍后与内环限幅控制的最大限制值u
max1
作差，差值经过限幅处理，输出参考电压的限幅值u
max
和u
min
。当变压器网侧过电压越大时，参考电压的最大限幅值越小，调制电压交流分量的幅值越小，网侧交流电压越小，有利于限制交流断面失电造成的交流过电压。
[0033]
本发明的有益效果是：vsc发生交流断面失电故障时，变压器阀侧电流变为0，传统的方案中电流内环限幅值为常数，调制电压的交流分量幅值达到内环限幅值，变压器网侧过电压大。本发明根据网侧交流过电压程度，动态降低内环限幅值，减小调制电压的交流分量幅值，减小变压器网侧过电压。
附图说明
[0034]
图1是本发明实施例的vsc拓扑结构图；
[0035]
图2是本发明实施例的vsc电流内环控制框图；
[0036]
图3是本发明实施例的一种vsc交流断面失电的交流过电压抑制方法的实施流程图；
[0037]
图4是本发明实施例vsc电流内环限幅控制框图。
具体实施方式
[0038]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0039]
下面结合图表对本发明做进一步说明。
[0040]
图1是本发明提供的vsc拓扑结构图。vsc每个桥臂由n个子模块(sm)串联桥臂电抗器构成。vsc交流断面失电指与vsc变压器连接的所有交流线路全部断开，可用图1中f1位置的断线故障表示。图1中，smn表示第n个子模块；l表示为桥臂电感；p和n分别为正极和负极；f1表示为故障点；u
sa
、u
sb
和u
sc
分别为变压器网侧三相电压；iv为变压器阀侧电流。
[0041]
图2是本发明提供的vsc电流内环控制框图。vsc电流内环控制环节采集变压器阀侧电流，分解为d轴分量和q轴分量，通过pi控制器计算输出变压器阀侧参考电压的d轴分量和q轴分量。vsc发生交流断面失电故障时，变压器阀侧电流等于0，pi控制器将达到限制值，变压器阀侧参考电压达到最大限幅值u
max
。图2中，i
dref
表示为变压器阀侧电流参考值d轴分量；i
qref
表示为变压器阀侧电流参考值q轴分量；id表示为变压器阀侧电流d轴分量；iq表示为变压器阀侧电流q轴分量；ud表示为变压器网侧交流电压d轴分量；uq表示为变压器网侧交流电压q轴分量；u
max
和u
min
分别表示为参考电压的最大和最小限幅值；u
cdref
和u
cqref
分别表示为参考电压的d轴和q轴分量；w表示为电网角频率；u
ca
、u
cb
和u
cc
分别表示为调制波电压的交流分量。
[0042]
图3是本发明提供的vsc电流内环限幅控制框图。vsc电流内环限幅控制根据变压器网侧电压动态调整vsc电流内环限幅值。采集变压器网侧三相电压进行abc/αβ坐标变换，计算出网侧电压幅值。通过一阶惯性环节，滤除高频波动。网侧电压幅值与电压死区值作差后通过限幅处理。当网侧电压幅值大于电压死区值时，输出电压偏差大于0。当电压幅值小于或等于电压死区值时，电压偏差等于0。电压偏差放大k倍后与内环限幅控制的最大限制值u
max1
作差，差值经过限幅处理，输出参考电压的限幅值u
max
和u
min
。当变压器网侧过电压越大时，参考电压的最大限幅值越小，图2中调制电压交流分量的幅值越小，网侧交流电压越小，有利于限制交流断面失电造成的交流过电压。图3中，u
sa
、u
sb
和u
sc
分别表示为变压器网侧三相电压；u
sdeadband
为电压死区值；u
max0
为电压偏差最大限值；k为电压偏差增益；u
max1
和u
min1
分别表示为电压限幅控制的最大和最小限值；u
max
和u
min
分别表示为参考电压的最大和最小限幅值。
[0043]
具体的，如图4所示，本发明的第一方面提供了一种vsc交流断面失电的交流过电压抑制方法，包括如下步骤：
[0044]
步骤s100，采集变压器网侧的三相电压，对所述三相电压进行abc/
ɑ
β坐标变换，计算出网侧电压幅值。
[0045]
步骤s200，将所述网侧电压幅值通过一阶惯性环节，滤除高频波动。如图3所示，一阶惯性环节的传递函数为1/(ts 1)。
[0046]
步骤s300，滤除高频波动后的网侧电压幅值与电压死区值u
sdeadband
作差，得到电压偏差值。电压死区值u
sdeadband
的取值为交流电压稳态最大值(典型值为1.1pu)与电压裕度(优选值为0.05pu)之和。其中，量纲pu即标幺值，是电力系统分析和工程计算中常用的数值标记方法，表示各物理量及参数的相对值。
[0047]
步骤s400，对电压偏差值进行限幅、放大。当网侧电压幅值大于电压死区值时，输出的电压偏差值大于0，且不大于电压偏差最大限值u
max0
；当电压幅值小于或等于电压死区值时，输出的电压偏差值等于0。其中，u
max0
的取值范围大于或等于交流过电压最严重工况下的电压偏差值。。对电压便差值进行放大k倍，k为电压偏差增益。进一步的，k取值范围需要保证交流过电压严重的工况下控制系统能够将电流内环限幅值快速降低至最小限值，在交流过电压轻微的工况下保证电流内环控制器具有足够的调节范围。通过仿真校核，优先地k为2。
[0048]
步骤s500，将经过限幅和放大后的电压偏压值与内环限幅控制的最大限制值u
max1
作差，得到差值。其中，内环限幅控制的最大限制值u
max1
的取值为1.5pu。
[0049]
步骤s600，对所述差值进行限幅处理，将差值限制在范围为[u
min1
，u
max1
]之内，其中，需要保证交流过电压最严重的工况下变压器网侧避雷器能量不超标，通过仿真校核，优先地，u
min1
的取值为0.7pu，u
max1
的取值为1.5pu。输出参考电压的限幅值u
max
和u
min
；
[0050]
步骤s700，将所述参考电压的限幅值u
max
和u
min
作为vsc电流内环控制中pi控制器的参考电压的最大和最小限幅值。具体的，u
min1
＝0.7pu,u
max1
＝1.5pu，而0.7≤u
max
≤1.5，u
min
＝-u
max
。当差值大于u
max1
(即1.5pu)时，u
max
都被限制为u
max1
(即1.5pu)。当差值小于u
min1
(即0.7pu)时，u
max
都被限制为u
min1
(即0.7pu)。u
min
等于u
max
乘以-1。
[0051]
本发明的第二方面提供了一种vsc交流断面失电的交流过电压抑制系统，包括：
[0052]
网侧电压幅值计算模块，用于采集变压器网侧的三相电压，对所述三相电压进行abc/
ɑ
β坐标变换，计算出网侧电压幅值；
[0053]
滤波模块，将所述网侧电压幅值通过一阶惯性环节，滤除高频波动；
[0054]
电压偏差值处理模块，将滤除高频波动后的网侧电压幅值与电压死区值u
sdeadband
作差，得到电压偏差值；对电压偏差值进行限幅、放大；
[0055]
参考电压的限幅值获取模块，将经过限幅和放大后的电压偏压值与内环限幅控制的最大限制值u
max1
作差，得到差值；对所述差值进行限幅处理，输出参考电压的限幅值u
max
和u
min
；
[0056]
控制模块，将所述参考电压的限幅值u
max
和u
min
作为vsc电流内环控制中pi控制器的参考电压的最大和最小限幅值。
[0057]
进一步的，所述电压偏差值处理模块对电压偏差值进行限幅包括：
[0058]
当网侧电压幅值大于电压死区值时，输出的电压偏差值大于0，且不大于电压偏差最大限值u
max0
；当电压幅值小于或等于电压死区值时，输出的电压偏差值等于0。
[0059]
综上所述，本发明提供了一种vsc交流断面失电的交流过电压抑制方法及系统，常规的vsc电流内环限幅值为常数，本发明的vsc电流内环限幅控制根据变压器网侧电压动态调整vsc电流内环限幅值。采集变压器网侧三相电压进行abc/αβ坐标变换，计算出网侧电压
幅值。通过一阶惯性环节，滤除高频波动。网侧电压幅值与电压死区值作差后通过限幅处理。当网侧电压幅值大于电压死区值时，输出电压偏差大于0，且不大于电压偏差最大限值u
max0
；当电压幅值小于或等于电压死区值时，电压偏差等于0。电压偏差放大k倍后与内环限幅控制的最大限制值u
max1
作差，差值经过限幅处理，输出参考电压的限幅值u
max
和u
min
。当变压器网侧过电压越大时，参考电压的最大限幅值越小，调制电压交流分量的幅值越小，网侧交流电压越小，有利于限制交流断面失电造成的交流过电压。
[0060]
本发明的有益效果是：vsc发生交流断面失电故障时，变压器阀侧电流变为0，传统的方案中电流内环限幅值为常数，调制电压的交流分量幅值达到内环限幅值，变压器网侧过电压大。本发明根据网侧交流过电压程度，动态降低内环限幅值，减小调制电压的交流分量幅值，减小变压器网侧过电压。
[0061]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。