基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法

技术特征：
1.一种基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在mmc控制中引入虚拟阻抗控制所述mmc采用双环控制，在采用定功率外环控制的mmc站中，mmc直流电流与直流电压通过电流内环控制建立联系，故在内环控制中引入虚拟阻抗zv_
mmc
；将外环控制输出的参考电流的dq轴分量i
ref,d
和i
ref,q
作为内环电流控制的输入信号；并考虑耦合项ω
b
l
t
i
d
、ω
b
l
t
i
q
和u
sd
、u
sq
对dq轴电流分量的影响，其中，i
d
和i
q
为公共连接点dq轴电流分量，l
t
是mmc交流侧等值电感，ω
b
是交流侧的基准频率，u
sd
、u
sq
为公共连接点dq轴电压分量；电流内环控制器的输出电压u
cref,d
和u
cref,q
经过pwm调制过程之后得到换流器的交流侧的等效输出电压u
cd
，u
cq
；通过在pwm调制前引入虚拟阻抗z
v_mmc
来调控输出电压u
cref,d
和u
cref,q
至新的电压u’cref,d
和u’cref,q
；步骤2：计算虚拟阻抗推导mmc的阻抗模型，得到其输出阻抗值，其中定功率站等效受控电流源的输出阻抗z
ep
推导过程如下：在dq坐标系下的内环输出量表示为其中，ω为交流系统的角频率，g
c
，g
lt
为矩阵代号，δu
cref,d
和δu
cref,q
为电流内环控制器的输出电压dq轴分量的扰动量；k
c
(s)为电流内环pi控制器的传递函数；δi
ref,d
和δi
ref,q
为外环控制输出的参考电流的dq轴分量的扰动量；δi
d
和δi
q
为公共连接点dq轴电流分量的扰动量；δu
sd
和δu
sq
为公共连接点dq轴电压分量的扰动量；δu
sd
、δu
sq
表示为下式：其中，z
t
为交流侧等效阻抗；r
t
为交流侧等值电阻；δu
cd
和δu
cq
为mmc换流站交流侧的等效输出电压dq轴分量的扰动量；pwm环节的调制过程用一个延时环节表示为：其中，t
sw
为开关延时，f
sw
为开关频率；g
pwm
为上述延时环节传递函数，s为拉普拉斯算子；电流内环输出的电压参考值u
cref,d
和u
cref,q
经过pwm调制过程之后得到换流器的交流侧的等效输出电压u
cd
，u
cq
为
联立式(1)-式(4)得电流参考值i
ref,d
和i
ref,q
的表达式为其中，g
u0
和g
i0
为矩阵代号，k
p
(s)为功率外环pi控制器的传递函数；u
sd0
和u
sq0
为公共连接点dq轴电压分量的稳态值；i
d0
和i
q0
为dq轴电流分量的稳态值；联立式(2)、式(5)、式(6)得其中，e为单位矩阵；g
ia
和g
ua
为矩阵代号；消去交流侧的电气扰动量δu
cd
、δu
cq
、δi
d
和δi
q
得：其中，m
d0
和m
q0
分别为d轴和q轴的调制度，g
a
为矩阵代号；v
dc0
和i
dc0
分别为mmc换流站直流侧电压和电流的稳态值；δi
dc
和δv
dc
分别为mmc换流站直流侧电压和电流的扰动量；u
cd0
和u
cq0
mmc换流站交流侧的等效输出电压dq轴分量的稳态值；定功率站等效受控电流源的输出阻抗z
ep
的最终表达式为z
ep
进一步等效后得到mmc定功率站的输出阻抗z
p
表达式为其中，c
eq
为等效电容，r
arm
和l
arm
分别为桥臂电阻和桥臂电感；引入虚拟阻抗后将式(5)改写为
其中，k
vic
为虚拟阻抗调节系数；进而将式(8)改写为：其中，gv为矩阵代号；根据式(12)得引入虚拟阻抗后系统阻抗为从式(13)看出，虚拟阻抗控制器投入后，系统的等效阻抗在原有模型的基础上增加了一部分，增加的量即为虚拟阻抗值，该值为：其中，gv通过调节引入的虚拟阻抗调节系数k
vic
的值进行改变，从而改变虚拟阻抗z
v_mmc
的数值；步骤3：实现虚拟阻抗控制当检测到直流侧实际测量电流值i
dc_m
与直流侧额定电流值i
dc_rated
的差值超过设定阈值时，通过发送触发信号0，使调节系数k
vic
的值为虚拟阻抗控制模块的输出值，虚拟阻抗投入使用当检测到直流侧实际测量电流值i
dc_m
与直流侧额定电流值i
dc_rated
的差值没有设定阈值时，通过发送触发信号1，切换调节系数k
vic
的值为0，虚拟阻抗不再投入，所有mmc的控制变为正常运行时的控制；步骤4：经过200ms～300ms的故障穿越时间后，系统恢复运行。2.根据权利要求1所述的基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法，其特征在于，所述故障电流抑制方法也适用于定直流电压控制mmc站。

技术总结
本发明公开了一种基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法，在MMC控制中引入虚拟阻抗控制，提出虚拟阻抗的计算方法，并引入的虚拟阻抗调节系数，当检测到实际测量电流值与额定电流值的差值超过设定阈值时，通过发送触发信号0，使调节系数的值为虚拟阻抗控制模块的输出值，虚拟阻抗投入使用；否则通过发送触发信号1，切换调节系数的值为0，虚拟阻抗不再投入，所有MMC的控制变为正常运行时的控制；完成故障穿越时间后，系统恢复运行。本发明仅需改变VSC本身控制结构即可实现，不需要安装额外的限流装置，大大提升了经济性；通过故障时触发控制环节就能直接投入，不需要临时停止混合高压直流系统的电力传输。需要临时停止混合高压直流系统的电力传输。需要临时停止混合高压直流系统的电力传输。


技术研发人员：江琴 吴海艳 李保宏 刘天琪
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2022.01.24
技术公布日：2022/5/17