基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器及其控制方法
2023-05-01 23:37:01 3
基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器及其控制方法
【專利摘要】本發明是一種基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器及其控制方法。基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器包括採樣控制器（S1）、微分控制器（S2）、功率控制器（S3）、功率限制器（S4）和功率轉換器（S5）。本發明可以實現實時在線監控交直流輸電系統運行狀態，當嚴重交流故障或者其它單回直流雙極閉鎖等故障發生時，該直流控制器能快速判斷系統穩定情況，並根據穩定程度制定直流大信號調製策略，直流功率的實時、快速的緊急調製，有效地控制發電機群搖擺過程中區域間的功率平衡關係，起到抑制功角搖擺，提高穩定極限的作用。
【專利說明】基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉交直流輸電系統暫態穩定控制領域，特別是涉及一種基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著越來越多的大功率直流輸電集中落點到負荷中心，直流輸電的龐大規模、快速控制響應能力對電網的動態特性、穩定風險和控制手段帶來了一系列複雜的影響和深刻的變化。其中，直流的快速有功調節能力為提升大電網的同步穩定能力提供了新的有效手段。
[0003]交直流大電網在嚴重交流故障或直流雙極閉鎖等故障下的暫態失穩仍然是限制電網輸電能力的主要約束。目前，交流電網對於短路引起的區域間有功失衡和同步發電機功角搖擺問題一直缺少真正有效的抑制手段。抑制大電網擾動後的第1-2擺的失穩需要快速的大幅度的有功調節手段。而無論發電機PSS還是FACTs受其有功潮流調節能力限制，均只能對小幅度的功率振蕩提供阻尼，卻難以對大規模電網的暫態穩定，尤其是第1-3個搖擺周期內功角失穩起到良好的抑制作用。直流輸電的存在為改善大電網的暫態穩定性提供了全新的、更加有效的控制手段。
[0004]直流輸電系統有功功率幅度較大，調節速度較快。尤其是多回直流共同參與調節，可進一步提升單位調節功率幅度和速度，使得直流輸電系統的快速功率調製為改善大電網暫態穩定裕度提供了新的有效的控制手段。當嚴重交流故障或者單回直流雙極閉鎖等故障發生時，輸電通道中的其它直流可以在快速辨識振蕩模式的基礎上，通過直流功率的快速、緊急調製，有效地控制發電機群搖擺過程中區域間的功率平衡關係，起到抑制功角搖擺，提高穩定極限的作用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種設計簡單，方便實用的基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器。
[0006]本發明的另一目的在於提供一種控制簡單方便的基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器的控制方法。本發明針對直流輸電系統有功功率幅度較大，調節速度較快的特點，為改善大電網暫態穩定裕度提供了新的有效的控制手段，能快速有效提升電網暫態穩定水平。
[0007]為實現上述目的，本發明採用如下的技術方案:
[0008]本發明的基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器，包括有採樣控制器、微分控制器、功率控制器、功率限制器、功率轉換器，其中採樣控制器的輸入端與直流線路整流側換流站和逆變側換流站相連，採集換流站的功角、電壓等信號，採樣控制器有兩個輸出端，一個輸出端輸出功角差信號，該輸出功角差信號的輸出端與微分控制器的輸入端相接，採樣控制器的另一個輸出端輸出換流站母線電壓和直流電壓信號，微分控制器的輸出換流站母線電壓和直流電壓信號的輸出端與功率控制器的輸入端和功率轉換器的輸入端相接，功率控制器輸出直流功率調製信號，且功率控制器的輸出端與功率限制器的輸入端相接，功率限制器的輸出端輸出直流功率調製信號，且功率限制器的輸出端與功率轉換器的輸入端相接，功率轉換器輸出直流電流調製信號，且功率轉換器的輸出端與直流逆變側換流站內部電流控制器相接。
[0009]當嚴重交流故障或者單回直流雙極閉鎖等故障發生時，該直流控制器的控制器通過採集的信號快速辨識出系統的振蕩模式，通過直流功率的快速、緊急調製，有效地控制發電機群搖擺過程中區域間的功率平衡關係，起到抑制功角搖擺，提高穩定極限的作用。
[0010]本發明基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器的控制方法包括如下步驟:
[0011]1)採樣控制器的功能是從直流輸電系統整流站採集交流母線功角。和電壓 。控制信號，從直流逆變站採集交流母線功角Sinv和電壓Vinv控制信號，從直流輸電線採集直流電壓控制信號ud。，對這些信號進行濾波，並得到整流側和逆變側的功角差信號Δ δ、濾波後的交流母線電壓控制信號Vrec*和Vinv*，以及濾波後的直流電壓控制信號Ud。* ；
[0012]2)微分控制器將信號採樣控制器輸出的功角差信號Λ δ進行微分，得到直流連接的兩段系統的角速度差信號Λ ω ；
[0013]3)微分控制器輸出角速度差信號Λ ω輸入到功率控制器中，進過桌球控制，得到直流功率調製量的連續控制信號APd。；
[0014]4)功率控制器輸出的直流功率調製信號將輸入到功率限制器中，根據直流系統特性進行限幅限速控制，得到限制後到直流功率調製信號APd。* ；
[0015]5)功率限制器輸出的直流功率調製信號APd。*經過功率轉換器(S5)得到直流內部控制常採用的電流信號AId。；
[0016]6)功率轉換器輸出的電流信號Λ Id。將接入到直流換流器的內部電流控制器中。
[0017]功率轉換器的電壓信號Ud。*需要經過低壓限制控制才能進行功率電流轉換計算，以防止電壓過低時電流信號超過了直流系統所能承受的範圍。
[0018]桌球控制的控制策略是當角速度差信號Δ ω大於某一正值ε:時，Λ Pd。的值為KP,當角速度差信號Λ ω小於某一負值ε 2時，APdc的值為_KP，而當Λ ω的值大於等於ε 1小於等於ε 2時，APdc的值為0, ε i和ε 2的值通過系統的仿真計算得出，而ΚΡ即為直流系統功率允許改變的最大幅值。
[0019]桌球控制受直流兩端交流電壓\、VB控制，當\、VB低於一定的值時，桌球控制將閉鎖，此時無論速度差信號Λ ω如何變化APd。的輸出值都為0。
[0020]ε i和ε 2的值為0.001到0.01之間，而ΚΡ即為直流系統功率允許改變的最大幅值，一般情況下根據直流輸電線路的特性，Κρ的值取在0.1到0.5之間。
[0021]本發明的單回直流大信號調製控制器可以用於直流輸電系統正常運行中。實現直流輸電系統實時在線的大信號功率調製功能。該控制器根據系統監測直流兩端功角和電壓的實時數據，判斷系統穩定程度，當系統發生大擾動時(比如區域間聯絡線發生三相短路故障)，能快速調節直流系統的輸送功率，及時效緩解輸電系統因為故障引起的功率失衡現象，抑制功角搖擺，提高交直流輸電系統穩定極限。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明一回直流大信號調製控制器結構示意圖；
[0023]圖2是本發明直流大信號調製控制器中採樣控制器的結構示意圖；
[0024]圖3是本發明直流大信號調製控制器中微分控制器的結構示意圖；
[0025]圖4是本發明直流大信號調製控制器中功率控制器的結構示意圖；
[0026]圖5是本發明直流大信號調製控制器中的功率控制器中的桌球控制器結構示意圖；
[0027]圖6是本發明直流大信號調製控制器中功率限制器的結構示意圖；
[0028]圖7是本發明直流大信號調製控制器中功率轉換器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]參見圖1所示，本發明基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器，包括採樣控制器S1，微分控制器S2，功率控制器S3，功率限制器S4，功率轉換器S5。所述的採樣控制器S1用於採集和濾波直流兩端系統關鍵節點的功角和電壓信號，並將濾波後的功角差信號輸送到微分控制器S2，將濾波後的電壓信號輸送到功率控制器S3和功率轉換器S5 ;所述的微分控制器S2是將信號採集器輸出的功角差信號，轉換為功角差角速度信號，並輸送到功率控制器S3 ;所述功率控制器S3是對微分控制器S2輸出的功角差信號和米樣控制器S1輸出的交流電壓信號進行分析，得到直流系統功率的調製量，並將調質量信號輸送到功率限制器S4 ;所述的功率限制器S4是對功率控制器S3輸出的直流功率調製信號進行幅值和速度限制，並將限制後的功率調製信號輸送到功率轉換器S5 ;所述功率轉換器S5是根據採樣控制器S1輸出的直流電壓信號，將功率限制器S4輸出的功率調製信號轉換為直流電流控制信號，輸送到直流內部控制器中。
[0030]本發明提出的單回直流大信號調製控制器用於交直流輸電系統中的直流輸電線路的在線運行控制。主要選取直流輸電線路兩端的換流站母線功角δΑ、δΒ和電壓信號νΑ、%及直流電壓信號ud。作為控制器的輸入信號。由於實時信號噪聲較多，因此米樣控制器S1得先進行濾波處理，得到濾波後的信號SA*、3#、1*、％*、和仏。*，同時將兩端的功角信號經過減法器處理，得到兩端系統相角差信號Λ δ。
[0031]將採樣控制器S1輸出的功角差信號Λ δ輸入到微分控制器S2進行微分處理，得到直流連接的兩段系統的角速度差信號Λ ω。
[0032]將微分控制器S2輸出角速度差信號Λ ω輸入到功率控制器S3中，進過桌球控制，得到直流功率調製量的連續控制信號Λ Pd。。
[0033]功率控制器S3中的桌球控制的控制策略是本控制器的技術核心，其控制策略在於當角速度差信號Λ ω大於某一正值ε 1時，APd。的值為KP,當角速度差信號Δ ω小於某一負值ε 2時，APdc的值為-KP，而當Λ ω的值大於等於ε !小於等於ε 2時，Δ Pdc的值為0。ε i和ε 2的值可以通過系統的仿真計算得出，而ΚΡ即為直流系統功率允許改變的最大幅值。
[0034]功率控制器S3中桌球控制受直流兩端交流電壓VA、VB控制。當VA、VB低於一定的值時，桌球控制將閉鎖，此時無論速度差信號Λ ω如何變化APd。的輸出值都為0。
[0035]將功率控制器S3輸出的直流功率調製信號Λ Pdc將輸入到功率限制器S4中，根據直流系統特性進行限幅限速控制，得到限制後到直流功率調製信號△ pd。*。
[0036]將採樣控制器S1的直流電壓信號Ud。*輸入到功率轉換器S5，經過低壓限制控制得到ud。**，然後與功率限制器S4輸出的直流功率調製信號Λ pd。*進行電流轉換計算，得到直流內部控制常採用的電流信號Aid。。
[0037]最後將功率轉換器S5輸出的電流信號Aide接入到直流換流器的內部電流控制器中。
【權利要求】
1.一種基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器，其特徵在於包括有採樣控制器(S1)、微分控制器(S2)、功率控制器(S3)、功率限制器(S4)、功率轉換器(S5)，其中採樣控制器(S1)的輸入端與直流線路整流側換流站和逆變側換流站相連，採集換流站的功角、電壓等信號，採樣控制器(S1)有兩個輸出端，一個輸出端輸出功角差信號，該輸出功角差信號的輸出端與微分控制器(S2)的輸入端相接，採樣控制器(S1)的另一個輸出端輸出換流站母線電壓和直流電壓信號，微分控制器(S2)的輸出換流站母線電壓和直流電壓信號的輸出端與功率控制器(S3)的輸入端和功率轉換器(S5)的輸入端相接，功率控制器(S3)輸出直流功率調製信號，且功率控制器(S3)輸出端與功率限制器(S4)的輸入端相接，功率限制器(S4)的輸出端輸出直流功率調製信號，且功率限制器(S4)的輸出端與功率轉換器(S5)的輸入端相接，功率轉換器(S5)輸出直流電流調製信號，且功率轉換器(S5)的輸出端與直流逆變側換流站內部電流控制器相接。
2.根據權利要求3所述的基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器，其特徵在於當嚴重交流故障或者單回直流雙極閉鎖等故障發生時，該直流控制器的控制器通過採集的信號快速辨識出系統的振蕩模式，通過直流功率的快速、緊急調製，有效地控制發電機群搖擺過程中區域間的功率平衡關係，起到抑制功角搖擺，提高穩定極限的作用。
3.一種基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器的控制方法其特徵在於包括如下步驟: 1)採樣控制器(S1)的功能是從直流輸電系統整流站採集交流母線功角。和電壓Vrec控制信號，從直流逆變站採集交流母線功角S inv和電壓Vinv控制信號，從直流輸電線採集直流電壓控制信號ud。，對這些信號進行濾波，並得到整流側和逆變側的功角差信號Δ δ、濾波後的交流母線電壓控制信號Vrec*和Vinv*，以及濾波後的直流電壓控制信號Ud。* ； 2)微分控制器(S2)將信號採樣控制器(S1)輸出的功角差信號△δ進行微分，得到直流連接的兩段系統的角速度差信號Λ ω ； 3)微分控制器(S2)輸出角速度差信號△ω輸入到功率控制器(S3)中，進過桌球控制，得到直流功率調製量的連續控制信號APd。; 4)功率控制器(S3)輸出的直流功率調製信號將輸入到功率限制器(S4)中，根據直流系統特性進行限幅限速控制，得到限制後到直流功率調製信號APd。* ; 5)功率限制器(S4)輸出的直流功率調製信號APd。*經過功率轉換器(S5)得到直流內部控制常採用的電流信號△ Id。; 6)功率轉換器(S5)輸出的電流信號Aid。將接入到直流換流器的內部電流控制器中。
4.根據權利要求3所述的基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器的控制方法，其特徵在於功率轉換器(S5)的電壓信號Ud。*需要經過低壓限制控制才能進行功率電流轉換計算，以防止電壓過低時電流信號△ Id。超過了直流系統所能承受的範圍。
5.根據權利要求3所述的基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器的控制方法，其特徵在於桌球控制的控制策略是當角速度差信號Λ ω大於某一正值ε ,時，APd。的值為KP,當角速度差信號Λ ω小於某一負值ε 2時，APdc的值為_KP，而當Λ ω的值大於等於ε 1小於等於ε 2時，APdc的值為Ο, ε i和ε 2的值通過系統的仿真計算得出，而ΚΡ即為直流系統功率允許改變的最大幅值。
6.根據權利要求3所述的基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器的控制方法，其特徵在於桌球控制受直流兩端交流電壓VA、VB控制，當VA、％低於一定的值時，桌球控制將閉鎖，此時無論速度差信號λ ω如何變化APd。的輸出值都為0。
7.根據權利要求3所述的基於桌球控制的單回直流大信號調製控制器的控制方法，其特徵在於ε i和ε 2的值為0.001到0.01之間，而ΚΡ即為直流系統功率允許改變的最大幅值，一般情況下根據直流輸電線路的特性，ΚΡ的值取在0.1到0.5之間。
【文檔編號】H02J1/00GK104253428SQ201410191516
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年5月7日 優先權日:2014年5月7日
【發明者】塗亮, 黃振林, 門錕, 管霖, 王長香, 趙立剛 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司