基于能量控制的风电柔直送出次同步振荡抑制方法及系统

技术特征：
1.一种基于能量控制的风电柔直送出系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，包括：mmc的基本控制器输出交流电压参考值和环流电压二倍频分量的参考值；mmc的总能量控制器和相间能量控制器输出环流电压直流分量的参考值；mmc的桥臂间能量控制器输出环流电压基频分量的参考值；将所述交流电压参考值、环流电压二倍频分量的参考值、所述环流电压直流分量的参考值以及所述环流电压基频分量的参考值作为输出调制信号。2.根据权利要求1所述的一种基于能量控制器的风电柔直送出系统次同步振荡抑制方法，其特征在于：所述mmc的基本控制器包括交流电压控制器和环流电压抑制器；所述交流电压控制器的控制器参数包括：交流电压外环的比例和积分系数和电流内环的比例和积分系数；所述环流电压抑制器的控制器参数包括：环流电压抑制器的比例和积分系数；所述总能量控制器和相间能量控制器的控制器参数包括：总能量控制器外环的比例和积分系数，相间能量控制器外环的比例和积分系数和能量控制器电流内环的比例和积分系数；所述桥臂间能量控制器的控制器参数包括：桥臂间能量控制器外环的比例和积分系数和能量控制器电流内环的比例和积分系数。3.根据权利要求2所述的一种基于能量控制器的风电柔直送出系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述mmc的基本控制器输出交流电压参考值和环流电压二倍频分量的参考值，包括：所述交流电压控制器电压外环：式中和分别是电流内环dq轴参考值，和分别是交流电压外环dq轴参考值，u
sd
和u
sq
分别是交流电压外环dq轴实际值，k
pac
和k
iac
分别是所述交流电压外环比例和所述积分系数；所述交流电压控制器电流内环：式中和是交流电压参考值的dq分量，i
sd
和i
sq
分别是电流内环dq轴电流实际值，ω是电网角频率，l交流侧等效电感，k
pc
和k
ic
是交流电压内环的比例和积分系数；将和通过dq变换，输出所述交流电压参考值所述环流电压抑制器，包括：
式中和分别是环流电压二倍频分量的dq轴参考值，和分别是环流电压二倍频分量的dq轴参考值，i
com2d
和i
com2q
分别是环流电压二倍频分量的dq轴实际值，设置为0，l
arm
是mmc桥臂等效电感，k
pccsc
和k
iccsc
分别是所述环流抑制器的比例和积分系数；经过dq变换输出所述环流电压二倍频分量的参考值4.根据权利要求1所述的一种基于能量控制器的风电柔直送出系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述mmc的总能量控制器和相间能量控制器输出环流电压参考值的直流分量，包括：定义mmc三相6个桥臂的总能量和三相之间的能量差为：式中w
tot
代表三相总能量，w
a
→
b
和w
a
→
c
代表a相和b相之间的能量差和a相和c相之间的能量差，w
∑j
(j＝a,b,c)代表j相上下桥臂电容的能量之和；由mmc三相桥臂功率表达式得：式中u
pj
和u
nj
代表上下桥臂子模块输出电压，i
pj
和i
nj
代表上下桥臂子模块电流，u
comj
和i
comj
代表共模电压和共模电流，u
diffj
代表差模电压，i
sj
代表交流侧电流；将式(5)写成三相形式，并令共模电压u
comj
近似为u
dc
/2、差模电压u
diffj
近似为交流侧电压u
sj
，得到其中，上划线表示变量的直流分量，i
com_dc(tot)
表示三相共模电流直流分量的和，i
com_dc(a
→
b)
表示a相共模电流与b相共模电流直流分量之差，i
com_dc(a
→
c)
表示a相共模电流与c相共模电流直流分量之差，p
s
表示三相交流侧功率之和，表示a相交流侧功率与b相交流侧功率直流分量之差，表示a相交流侧功率与c相交流侧功率直流分量之差；定义转换矩阵k及其逆为：则所述总能量控制器外环的控制方程为：
式中代表三相共模电流直流分量的和的参考值，代表总能量参考值，u
dc
代表直流侧电压，k
ptot
和k
itot
代表所述总能量控制器外环的比例和积分系数；所述相间能量控制器外环的控制方程为：式中代表a相共模电流与b相共模电流直流分量之差的参考值，代表a相共模电流与c相共模电流直流分量之差的参考值，代表a相与b相能量之差的直流分量参考值，代表a相与c相能量之差的直流分量参考值,k
pab
和k
iab
代表a相与b相间能量控制器外环的比例和积分常数，k
pac
和k
iac
代表a相与c所述相间能量控制器外环的比例和积分系数；经过电流内环输出所述环流电压直流分量的参考值：式中k
pcom
和k
icom
代表能量所述控制器电流内环的比例和积分系数。5.根据权利要求4所述的一种基于能量控制器的风电柔直送出系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述桥臂间能量控制器输出环流电压参考值的基频分量，包括：由mmc三相功率表达式得到：式中w
δj
代表j相上下桥臂之间的能量差；将共模电压u
comj
近似为u
dc
/2，差模电压u
diffj
近似为交流侧电压u
sj
，并提取其直流分量得：电网电压u
sj
是正弦量，注入一倍频的共模电流分量改变上下桥臂能量差的直流分量共模电流分量的相位取和电网电压相位相同时，注入的共模电压模值为最小，式(12)表示为：式中u
sj
表示交流侧电压u
sj
的幅值，i
comj_1ω
表示共模电流i
comj
基频分量的幅值；设计所述桥臂间能量控制器:
式(14)中共模电流i
comj
基频分量幅值的参考值，表示j相上下桥臂能量差的参考值，k
pδa
和k
iδa
代表j相桥臂间能量控制器的比例和积分常数；u
sj
的相位可以由锁相环得到，假设锁相环的输出为θ，定义对角矩阵为：a＝diag[sin(θ),sin(θ-2π/3),sin(θ-4π/3)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)则桥臂共模电压的基频分量为:式中共模电流i
comj
基频分量的参考值；经过能量控制器电流内环输出所述环流电压基频分量的参考值：式中h
com
是相位补偿器。6.根据权利要求1所述的一种基于能量控制器的风电柔直送出系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，还包括在mmc总能量参考值中引入交流侧功率阻尼控制环节，调节总能量控制器和相间能量控制器输出环流电压直流分量的参考值。7.根据权利要求6所述的一种基于能量控制器的风电柔直送出系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述mmc总能量参考值中引入交流侧功率阻尼控制环节，调节总能量控制器和相间能量控制器输出环流电压直流分量的参考值，包括：所述总能量控制器的参考值根据交流侧mmc输出功率的大小调节mmc电容中储存的能量，当交流侧功率变大时，mmc电容主动吸收能量，当交流侧功率变小时，mmc电容主动释放能量：式中是总能量控制器参考值，是总能量额定值，k
d
是阻尼系数，是交流侧功率额定值，p
s
是交流侧功率实际值。8.根据权利要求1所述的一种基于能量控制器的风电柔直送出系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述将所述交流电压参考值、环流电压二倍频分量的参考值、所述流电压直流分量的参考值和所述环流电压(一倍频)基频分量的参考值送调制环节输出调制信号，包括将各个所述参考值叠加处理后作为mmc最后的调制电压输出。9.一种基于能量控制器的风电柔直送出系统次同步振荡抑制系统，采用权利要求1-8任一项所述的方法对风电场柔直互联系统进行次同步振荡抑制，包括：
mmc的基本控制器模块，所述mmc的基本控制器模块输出交流电压参考值、环流电压二倍频分量的参考值；mmc的总能量控制器和相间能量控制器模块，所述总能量控制器和相间能量控制器模块输出环流电压参考值的直流分量；mmc的桥臂间能量控制器模块，所述mmc的桥臂间能量控制器模块输出环流电压参考值的基频分量；调制模块，所述调制模块将所述交流电压参考值、环流电压二倍频分量的参考值、所述流电压直流分量的参考值和所述环流电压(一倍频)基频分量的参考值叠加获得调制信号。10.根据权利要求9所述的一种基于能量控制器的风电柔直送出系统次同步振荡抑制系统，其特征在于，还包括：调节模块，所述调节模块将mmc总能量参考值中引入交流侧功率阻尼控制环节，调节所述总能量控制器和相间能量控制器输出环流电压参考值的直流分量。

技术总结
本发明提供一种基于能量控制的风电柔直送出系统次同步振荡抑制方法，包括：MMC的基本控制器输出交流电压参考值和环流电压二倍频分量的参考值；总能量控制器和相间能量控制器输出环流电压直流分量的参考值；桥臂间能量控制器输出环流电压基频分量的参考值；总能量参考值中引入交流侧功率阻尼控制环节，调节环流电压直流分量的参考值；将交流电压参考值、环流电压二倍频分量的参考值、环流电压直流分量的参考值以及环流电压(一倍频)基频分量的参考值送调制环节输出调制信号。本发明充分利用MMC的多控制自由度，通过对桥臂电容能量进行控制，不仅能有效抑制风电柔直送出系统的次同步振荡问题，还可改善MMC的内部电容电压和直流侧电压的控制性能。流侧电压的控制性能。流侧电压的控制性能。


技术研发人员：吕敬 朱浩 尹嘉豪 戴金水
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2022.05.27
技术公布日：2022/7/15