TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.7, July 201 4, pp . 5144 ~ 51 5 3   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i7.580 6          5144     Re cei v ed Fe brua ry 6, 201 4; Revi se d Ma rch 12, 201 4 ;  Accepte d  March 27, 201 4   Direct Virtual Power Control      Li Xiang*, Han Minxiao  State Ke y  L a b o rator y  of Alter nate Electric al  Po w e r S y stem  w i t h  Re ne w a bl e Energ y  So ur ces  Schoo l of Elect r ical & Electro n i c Engi neer in g   North Ch ina El ectric Po w e r U n iversit y   Beiji ng C h in a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : xia ng.l ee.c@ gmail.c o m      A b st r a ct   A direct virtua l  pow er control  algor ith m  is p r es ente d  in th i s  paper for V S C-HVDC star tup. T h is   control al gor ith m  is bas ed on  direct  pow er control (DPC) a nd exp ands  th e rang e of DPC.  W hen   the   V S C   converter  AC  side  op en c i rc uit or t he A C   side c u rre nt is   z e ro, th e co ntrol a l g o rith m  ma inta ins th e  DP C   feedb ack lo op  by intro duci ng  a virtual  pow er , so that  the D P C is ab le to  control th e AC  output vo ltag e   amplit ude  an d  freque ncy sta b ility  before t h e VSC co nv er ter conn ectin g  to the gri d  n e tw ork and ke ep   consiste nt w i th the grid co nn ection p o i n t. This al gor ith m   p r ocess is si mp le, c ontai ni ng  most of the D P C   control  mo dul e ,  and consiste n t  w i th   the DPC structure. T her efore, the cont rol alg o rith m s w itches smoot hly  before  an d after the VSC c o nverter co nn ec ting to t he  gri d . T h is pap er u s es PSCAD /  EMT DC software   platfor m  a nd l a boratory  hardw are circu i t exp e ri ments to  tes t  and verify the  correctness a nd val i dity of t h e   control a l gor ith m .      Ke y w ords : VSC-HVDC, starti ng-u p , grid i n te gratio n, virtual  pow er      Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  In recent ye ars, voltag e sou r ce conve r te r hig h  voltage di re ct  cu rre nt(Voltag e  Source  Conve r ter  Hi gh Voltage   Dire ct  Curre n t, VSC-HV D C) te chn o lo gy is devel o p ing  rapidly,  it is   tremen dou s  pro s pe ct of transmi ssion  a nd di strib u tio n  sol u tion s f o r the  mod e rn po we r sy st em  [1]. It is a n e w tran smission sy stem t hat is  suit a b l e  for  grid  int e rconn ectio n , isolate d  p o w er  sup p ly, large-scale  re newa b le e n e r gy g r i d -conn ectio n   and  etc [2-6].  With  the  ra pi d devel opme n t  of rene wabl e  energy an d distrib u ted p o we r,  VSC-HVDC technol ogy will have  to be a further   developm ent and ap plicati on.  Re sea r che s  on  VSC-HVDC cont rol alg o rithm  have   b een develo p i ng re cent yea r s, whi c h  is based on the theory of curre n t control. Throug h  the rotating a x is oriente d  by the voltage  or  the virtual  flu x , current  co ntrol m a kes t he A C   side   current d e cou p led i n to  acti ve and  rea c tive   curre n t com p onent, with  relatively low  static e r ror a nd better  dynamic  re sp o n se [7]. But this  control algo rithm operation  is depen dent  on the sy ste m  param eters accu ra cy, and pro b lem s  are   more  compli cated o n  the   current lo op  co ntrol  strate gy  [8]. Based  on  the  prin cipl e  of direct to rqu e   control, a  ne w  control al gorithm i s   d e velope d,  which i s   dire ct powe r   cont rol(Direct Po wer  Control, DPC). This control  algorithm do esn’t ne ed  PI controll er an d curre n t inne r loop control. It  can  compute  the  cont rol  output a c cording to  the  v i rtual flux a n d  in stantan e ous re active  and   active po wer,  so it has the  advantage s  of simple   con t rol stru ctu r e,  fast dynamic respon se, et c  [9, 10]. But before the VS C-HVDC  c onve r te r   s t ar ting  gr id -c on n e c t io n ,  th e co nve r te r  AC   s i de  is   equivalent to open  circuit with no cu rre n t. If the  DPC take  contro l, the control  module  will lose  control feedb ack input, so  that t he entire control alg o rithm do es  not work. Thi s  arti cle is ba sed   on the algo rithm of dire ct powe r  co ntrol  with sp ace vector mo dulati on (Di r e c t Power  Cont rol with  Space V e cto r  Modulatio n, DPC-SVM),  prop oses  a d i rect virtu a l p o we r control algorith m  tha t  is   applie d to the  VSC co nvert e rs sta r tup a nd gri d -co n n e ction  co ntrol .  When th e A C  si de  curre n t  is   zero,  the net work co ntrol is  u s ing   the virtual  converter outp u t po wer ap pro a ches t o  keep   the  feedba ck pat h of DPC  mo dule, ther eby  DPC al go rith m is abl e to  effectively co ntrol the A C   side   voltage  stabl e befo r e VS C co nverte r  starting  gri d -co nne ction. Th e  ch ara c te risti c s of thi s   con t rol  algorith m  a r e  the  stru cture  is  sim p le, u s ing mo st com m on cal c ulati on  a nd co ntrol  unit  to geth e r  with the origi nal SVM-DP C , basi c  stru cture of  the netwo rk  controller re main s the same be fore   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Dire ct Virtual  Powe r Co ntro l (Li Xiang)  5145 and after th e conve r ter  startup a nd  grid -conn ecti on and the  control algo ri thm is swit chin g   smoothly.       2. VSC-HV D C Sy stem St artup Pro ces s Des c riptio n  Its startu p proce s s is firstl y  conn ectin g   one  side inv e rter to th e g r id throug h a  curre n t  limiting re sist or, blo cki ng t he IGBT sta r ting pul se, re cha r gin g  to the DC si de b y  using  six a n ti- diode st ru ctu r ed re ctifier  circuit. Whe n  the  DC ch arge rea c he s a pred etermined voltag e,  relea s in g pul se bl ocka de,  and b egin to   control t he  DC voltage  sta b ilize d  by co ntrol al gorith m s.  The othe r  si de of the  converte rs i s   necessa ry to cont rol the  AC si de vo ltage amplitu de,  freque ncy  ke eping  co nsi s t ant with  the g r id voltag e a m plitude  and   freque ncy, th en  con n e c t to  the  grid [1, 11].  The  cont rol al gorithm  prese n ted in  this  p aper is  to  con t rol the  othe r  side  of the  co nverter  voltage stabili ty after the DC voltage sta b led, and  ke e p  the voltage the sam e  wit h  the grid. Th is  control alg o rithm use s  the structu r e  of DP C-SV M algorith m  to redu ce  and control the  fluctuation s  caused by the control algo rit h m sw it chin g pro c e ss d u ri n g  the netwo rk conn ectio n .          Figure 1. Pro posed Ci rcuit  of the VSC-HVDC System       L 1  and  L 2  in figure 1 a r e re actan c e s  bet wee n  the co n v erters and g r ids.       3. DPC-SVM  Bas e d on th e Virtual Flux   There are already some a r ticle s  on  DP C cont rol  alg o rithm, which  [12-18] i s  ab out the  traditional  DP C control  alg o rithm b a sed  on switch  ta bles, a nd [19 - 21] is  abo ut improve d  DP C- SVM, but in  this pap er, the pre s e n ted  control al go rithm is ba se d on the se cond algo rith m,  becau se the  freque ncy  of DPC-SV M control switch i s  fixed and h a s better tran sient   cha r a c teri stics. Acco rdi ng  to the introd uction of  the  article [19 - 2 1 ], the calcul ation pro c e ss o f   virtual flux obtains DP C-S V M.      s c (a) Simple c i rc uit for VSC converter with  stationa ry fra m e    s s s c   (b) Simple c i rc uit for VSC converter with  Synchrono us d-q  fra m e     Figure 2. Equivalent Circuit  of a Grid Co nne cted VSC Converte r      In Figure 2 ( a),  s  a nd  c   are th e vecto r s  of grid flux  and  conve r t e r flux;  U s  an d  U c   ar e  the vecto r s of  grid  voltage   and  co nverte r outp u t AC voltage;  I  i s  th e vecto r  of th e converte r A C   side  cu rrent; in Figu re 2 ( b), the  ve ct ors  by addi n g  the supe rscript  s  is th e co rrespon d i ng  quantitie s o n   the syn c h r on ous axe s ;  1  is  syn c hrono us f r equ en cy;  L  i s  rea c tan c e  between  the   c o n v er te r  an d g r id .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5144 – 51 53   5146 Imagine th e  VSC convert e r to  be  an i d eal voltag e  source  and  co nne cting to  th e gri d , the   simplified e q u i valent circuit is sh own in Figure 2 ( a )  abo ve. The same  as motor flux  definition, the  grid flux  s  and the co nverter flux  c  ca n be define d  as:     dt s s U Ψ           ( 1 )   dt c c U Ψ     Acco rdi ng to Figure 2(a )  a nd Equation  (1), it sho w s t hat:    c s Ψ I Ψ * L            ( 2 )     The sy stem  shown in Fig u re 2(a )  can b e  conv e r ted to  synchro nou s coo r din a te with the   synchro nou s rotating sp e ed  1 , as shown in Figure 2 ( b). Th e following  equatio n can  be  obtaine d from  Figure 2 ( b )  a nd Equation  (2):     s c s s s Ψ I Ψ * L            ( 3 )     s s s s s s Ψ Ψ U 1 j ω          ( 4 )   s c s c s c Ψ Ψ U 1 j ω     From Equation (3), the inflow grid  c u rre nt can be  cal c ul ated throu gh  the flux:    L s c s s s Ψ Ψ I          (5)     From the g r id  directio n, the converte r out put active an d rea c tive po wer  P s  and  Q s  is :    s ^ s s I U * 2 3 jQ P s s            ( 6 )     The d-q axe s  of the rotating coo r din a t e  use s  the dire ction of the grid flux  s  as  a   r e fe re nc e ,  a s   s h ow n  in  F i gu r e  2( b ) :    sd Ψ = s Ψ ， sq Ψ =0            ( 7 )     The gri d  voltage and fre q u ency is  con s t ant, so:    dd dd == 0 tt s ss d ΨΨ             ( 8 )     Take th e formula (4 ), (5)  and (7 ) into (6) to get the active and re active po wer:        ss 1 s d c q c d s d 3 P- j Q = ωΨ - Ψ -j Ψ - Ψ 2L          ( 9 )     Thus th e formula ca n be  obtaine d as b e low:     s 1s d c q 3 P= - ωΨ Ψ 2L            ( 1 0 )    s 1s d c d s d 3 Q= ωΨ Ψ - Ψ 2L   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Dire ct Virtual  Powe r Co ntro l (Li Xiang)  5147 sd  and  1  are co nsta nts,  beca u se the  grid volt age  is co nsta nt, the Equation  (10) can   be differentiat ed to get:    d d dd cq s 1s d Ψ P 3 =- ωΨ t2 L t            ( 1 1 )   dd dd s cd 1s d Q Ψ 3 = ωΨ t2 L t     From the formula (1 ), the relation shi p   b e twee n the flux and the voltage vector i s :    d d = t c Ψ c U             ( 1 2 )     It can be  se en from th e f o rmul a (1 1)  and  (12 ) , adj usting  output  voltage vect or of the  conve r ter d u ri ng the sam p li ng peri od  T s , it is able to re duce the po wer erro r to ze ro.   Whe n  the  sa mpling  peri o d   T s  is sm all e noug h, di scre te the Equ a tion (11 ) , so th at in  T s ,  the cha nge s  of the active and re active  power a r e:     s 1s d c q 3 Δ P= - ωΨ Δ Ψ 2L            ( 1 3 )   s 1s d c d 3 Δ Q= ωΨ Δ Ψ 2L     From  Equatio n (13),  it can  be  see n  the   cha nge s  of a c tive an d  rea c tive po we r i n   T s  are   determi ned  resp ectively b y  the chan ge s of  the  co nverter flux with in the  sa me  perio d a nd  which   is sho w n thro ugh the   cq   of the q-axis compo nent and   cd   of the d-axi s  co mpone nt on the   synchro n ized  axes.  In the ste ady -state  proce s s, the p o wer  error i n   T s  ca n  be gotten  t h rou gh  th e  re feren c e  values of the  active po wer  * s P  and rea c tive power  * s Q :    * s ss Δ P =P - P             ( 1 4 )   * s ss Δ Q= Q - Q     The form ula  (13 )  sh ows t hat red u ce the po we r  error to 0, it ca n also b e  u s ing th e   method of ch angin g  the co nverter flux o n  the d-q  axis co mpo nent.  By the formula (13 )  the si ze  of the desired  chan ge s of the flux can b e  cal c ulate d :    cq s 1s 2L ΔΨ =- Δ P 3 ωΨ            ( 1 5 )   cd s 1s 2L ΔΨ = Δ Q 3 ωΨ     By the formula (4) it ca n be  obtained:     d d 1 =U - j ω t s s s c cc Ψ Ψ             ( 1 6 )     Acco rdi ng to  formula  (16 ) , as the  sampli ng time is  sh ort eno ugh, t he differe ntial  value of  the conve r ter  flux equals to  the value of the ch ang es a pproxim ately within the sa mpling pe riod :    s 1s Δ =U *T - j ω *T ss s cc c ΨΨ            ( 1 7 )     By the formula (17 )  it can b e  obtaine d:  cq cd s 1 cq s ΔΨ =U * T + ωΨ *T           ( 1 8 )   cd cq s 1 cd s ΔΨ =U *T - ωΨ *T   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5144 – 51 53   5148 From the fo rmula (1 8), th e value of th e output targ et voltage of the co nverte r can b e   obtaine d duri ng the sam p li ng time peri o d Ts is:     cq * cd 1 c q s ΔΨ U= - ωΨ + T            ( 1 9 )   * cd cq 1 c d s ΔΨ U= ωΨ + T     Combi ne th e  formul a (13) and  (1 9), th e conver te r t a rget volta g e  value o n  the  rotating   synchro nou s  axis in a sam p ling pe riod  T s  can be gotte n from the po wer  cha nge:     * s cd 1 c q s 1s 2L Δ Q U= - ωΨ + 3T ωΨ            ( 2 0 )   * s cq 1 c d s 1s 2L Δ P U= ωΨ - 3T ωΨ     As  can  be  seen f r om th e  cal c ul ation  equatio n  of t he ta rget volt age, the  valu e of the   target voltage  is calculated  from the p o wer e rro r,  so th at both of the  active an d re active po we r i s   maste r ed.  Compa r e to v o ltage ve ctor cont rol  al go rithm, the cu rre nt doe s n o t need to   be   controlled, th e cal c ulatio n  pro c e ss  onl y involv es si mple multipli cation  and d i vision with o u t  compl e x mathematics cal c ulatio n. The  block di ag ra m about the DPC-SVM co ntrol algo rith m is   s h ow n  in  F i gu r e  3 .     s , 1 s     Figure 3. Sch e matic Di ag ram of DPC-SVM      4. Direct Virtual Po w e r Control   The  above i s  an i n trod ucti on to  DP C-S V M co ntrol  a l gorithm. A s   the first pa rt  of the  analysi s   sh o w n th at b e fo re th e VSC  conve r ter co nne cting to  t he g r id, th e  AC  side  of t h e   conve r ter i s  an ope n circuit, the converter in put a nd output a c tive and rea c tive power  is  con s tantly to be zero. Thus DP C-SV M control  loses the effecti v e f eedba ck path,  therefo r e,  DPC-SVM al gorithm d o e s  not wo rk n o rmally in this  ca se. As a  re sult it is not b e  able to rem a in   the co nverte r AC  side  out put voltage  stability  and a c hieve  a  soft grid -conn ect i on. To  enabl e  DPC work be fore the VSC converte r co nne cting to  the grid, the virtual po wer i s  introd uced in  this pa per which m a kes sure the  DP C-SVM havi ng  an effective f eedb ack lo op  in ca se  of the  conve r ter  A C   side at  an open circuit state,  and   a c hieves th e control to th e  AC si de o u tput  voltage.   The info rmati on of the g r id  voltage ampl it ude an d fre quen cy shoul d be  contai ne d by the  virtual power.  Firstly, take the grid volta g e  as a refere nce in put  U s , then virtualizes a  current  with  the  same dire ction as  th e converte r,  t he  amplitude  of t h is virtu a l  current i s s 1s v T ωΨ I= - L .  s  in   the  virtual curren t can  be  calculated  by the  grid  volt age   vector,  so  thi s  virtu a l  current in clud es the  amplitude inf o rmatio n of the gri d  voltag e. Severa l ot her p a ra mete rs a r e  con s ta nts, whi c h  ca n be   eliminated  d u ring th e target voltage calcul ation  p r oce s s of the  origin al DP C-SVM alg o rithm  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Dire ct Virtual  Powe r Co ntro l (Li Xiang)  5149 control. Finall y  the target voltage which  inclu d e s  the i n formatio n of the conve r te r output volta g e   and the gri d  voltage is o b ta ined thro ugh t he virtual po wer  cal c ulatio n.   Since this  current does  not exist, it will  not affect the si ze of and the relative relations  betwe en oth e r  ele c tri c  pa rameters b u t  only introd uci ng a virtu a l p o we r, in o r de r to a c hieve t he  purp o se of e s tabli s hin g  DPC-SVM  con t rol alg o rithm  for po we r f eedb ack p a th. Cho o se t h e   dire ction  of th e rotatin g   syn c hrono us  axi s  the  sa me a s  the  gri d  flu x  dire ction, d ue to the  flux of  the conve r ter AC side ope n circuit at steady state is  con s i s tent with the grid flux direction, a n d   the co nverte r voltage vect or di re ction i s  be hind  th e  conve r ter fl ux vector  90  degree s, virtua l  power  ca n b e  obtain ed by  the virtual  cu rrent. Sin c e th e directio n of  the  current  a nd the  voltag e   is the same, the virtual rea c tive powe r   Q sv  should b e  0, and the virtual active power  P sv   sh ould   be:    s vs v v c v s1 s c 33 P = U *I = U *I 22 3T ωΨ U =- 2L           ( 2 1 )   sv Q= 0     Set the refere nce valu e of the virtual po wer a s :     * s 1s s sv 3T ωΨ U P= - 2L            ( 2 2 )   * sv Q= 0     Cal c ulating  t he virtu a l p o w er e rro r  by  usin g the  val ue of  refe ren c e vi rtual  po wer a n d   virtual power:      s 1s c s sv 3T ωΨ U- U Δ P= - 2L         ( 2 3 )   sv Δ Q= 0     Take  the  erro r value s   of th e virtual  po wer  into the  formula  (20 ) , an d by u s in g th e o r iginal   DPC-SVM target voltage calcul ation mo dule to get the result:    * cd 1 c q U= - ωΨ          ( 2 4 )   * s v cq 1 c d s 1s 2L Δ P U= ωΨ - 3T ωΨ     As the co nverter flux and the grid fl ux is in the same di rectio n, so:     cq Ψ =0 ， cd Ψ = c Ψ            ( 2 5 )     Take  the fo rmula (23 )  an d (2 5) i n to e quation  (2 4),  the targ et voltage valu e  can  be  obtaine d:    * cd U= 0           ( 2 6 )     * sv cq 1 c s1 s s 1s c s 1c s1 s 1c c s 1c c 2L Δ P U= ωΨ - 3T ωΨ 3T ωΨ U- U 2L = ωΨ -* 3T ωΨ 2L = ωΨ -U - U = ωΨ + Δ U     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5144 – 51 53   5150 The fin a l formula  (26 )   ab out the  targ e t  voltage  cal c ulation  sh ows that  be cau s e  of the   introdu ction  of a virtual p o we r, the co nverter  powe r  feedb ack p a th ca n be e s tabli s he d in  the   situation wh e n   the conve r ter  AC  si de  cu rre nt flow i s   zero, a nd all o ws  DP C alg o rithm play  a role.  The result s o b tained th rou gh the calcul ation proc ess sho w s th at the entire co n t rol pro c e s s i s   very simpl e , and ju st ne e d  a little mod i fication to  DPC-SVM alg o rithm  whi c h  is only a ddi ng a  virtual po we r cau c ul ation  module,  so t hat the  p r o c ess  can be controlled   to swit ch smo o thly  before  an d af ter the VS C  converte r  start up a nd  con n nectin g  to th e  grid. In  o r de r not to  ch ange   power erro r calculation  of the real powe r  co n t rol module  and the referen c e in p u t,  a   comp en satio n  is a dde d to  the refe ren c e virtual p o wer, an d the  compen satio n   is s 1s s 3T ωΨ U 2L . The   entire control algorith m  blo ck di agram is sho w n in Fig u re 4:       s 1 θ , ω s θ c U s1 s 3T ωΨ 2L  s 1s v T ωΨ I L     Figure 4. Sch e matic Di ag ram of the Pr o posed Di re ct Virtual Powe r Control       5. Experimental Verifica tion  In orde r to verify the effectivene ss of  t he propo se d VSC-HV D C control al gorit hm, the  authors  do t he  studie s  a nd a nalysi s  f r om t w o  ang les  of the  di gital sim u lati on a nd p h ysi c al  experim ents.  Firstly, doin g  the simulat i on ex peri m e n ts on PSCA D /EMTDC  so ftware platfo rm.  The  simul a tio n  set on  both  sid e s of VSC co nver te r rated tra n smissi on p o wer  at 2 00MW,  the A C   side  rate d vo ltage at 2 3 0 k V, DC  bus voltage at  400 kV, and  the  reacto r o n  bot h sid e s of th e   netwo rk at 0 . 07H. Co ntrol  algorithm verificati o n  test carri es out  after one si de of the VSC  conve r ters  st artup  and  the  DC voltag e i s   stable,  gri d -con ne cting  st arts at the  si mulation tim e  of  0.5s. In orde r to reduce the curre n t impact, cont rol the transmissio n power after grid-co nne cti o n   to 0MW. Th en incre a se the tran smission p o wer t o  200M W at  0.8s. Throu gh this p r o c ess,  observe the  stability of the conve r ter A C  side o u tput voltage, cu rre n t and  the p r oce s se s of grid - con n e c tion a nd the co ntrol  algorithm s switchi ng.            Figure 5. AC Voltage and  AC Cu rre nt of the VSC Con v erter  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Dire ct Virtual  Powe r Co ntro l (Li Xiang)  5151 As ca n be  see n  from F i gure  5, bef ore the  co n v erter  con n e c ting to the  grid, the  amplitude   an d  freq uen cy are stabl e when usi ng  th e direct vi rtu a l po we r  con t rol alg o rithm  to  control the converte r AC side o u tput voltage.  There is only very small fluctuation s  on the   conve r ter AC sid e  outp u t  voltage an d  current b e fo re  and after  the  grid -conn ecti on.  Thi s  re sul t s   indicate that  the pro p o s ed  cont rol alg o rithm  is effe ctive and a c hi e v es a  smoot h switch  befo r e  and after the  grid -conn ecti on.       Figure 6. Virtual Powe r an d Output Power of the Con v erter AC Sid e       It can be  see n  from the virtual power  cu rve,  before th e grid -conn ection, the dire ct virtual  power co ntro l  algo rithm control s   th e converte r  A C   side  voltage   remai n   stabl e by trackin g  the   output  virtual  power.  An d  t he conve r ter AC side out pu t c u r v e   s h ow s th er e  ar e  s m a ll fluc tu a t io n s   on output p o we r du ring  the grid -conn ection. Afte r the grid -co nne ction, the  control met hod  swit che s   dire ct virtual  po wer  co ntrol  to  DPC  with  a  smooth  h and over  pro c e ss. Thu s , DP C is  able to effecti v ely control the  output po wer of the  co nverter.   Based  on th e sim u lation  experim ents,  build a  phy sics exp e rim ental ci rcuit  unde r the   laboratory en vironme n t to verify the effectivene ss of the algo rithm.   The test ci rcuit stru cture  doe s a ce rtai n simp lification to the si mulation sy stem circuit   stru cture, whi c h the DC  si de usi ng lithi um battery  p o we ring, an d  the conve r te r is conn ecte d to   the 380V gri d  through the  0.5mH g r id re actors an d tra n sformer  with  variable ratio  of 260V/400 V,  the system ra ted cap a city is 50 kVA. The  exper ime n tal  circuit device  is sho w n in F i gure 7.           Figure 7.  The Photos of Experime n tal Setups      To do the  net work te st and  power a d ju stment  test ba sed  on this  e x perime n tal system.  Firstly, u s e t he o s cillo sco pe to  get the  tra c e s   of th e  both  sid e s voltage  of the  brea ke r  and  the  curre n t of the converte r AC side.       Figure 8.  AC Voltage and  AC Cu rre nt at the Cutting-i n  Moment   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5144 – 51 53   5152 The traces show,  before t he g r id -conn ection,  th e control algo rit h m  finely co ntrols  the  conve r ter o u tput voltage in  con s iste nt with t he amplitude, freq uen cy and p h a s e  of the grid A C   voltage, so t hat the g r id-conne ct ion proce s s  is sm o o thly  compl e ted. Mean whil e the conve r ter  control al go ri thms  switch  sm oothly from the   dire ct virtual  po wer  control  before  the  g r id- con n e c tion st ate to DPC.   Then do the  experiment  on netwo rk output pow er adjustme n t. Adjust the conve r ter  output p o wer from  2kW t o  9kW.  Re co rd the volta g e  and  current t r aces of th e t r an sient  process   in Figure 9.          Figure 9. AC Voltage and  AC Cu rre nt at t he Moment of Chan ging t he Output Po wer      From th e tra c es it  can  be  seen that  DPC can  e ffective l y control the  size of the  co nverter  AC side p o wer output.        6. Conclusio n   This a r ticle i s  about DP C  probl em of la ck  of  control  on the AC vo ltage stability  before   the VSC-HV D C converte r start up, an d  the a u t hors pro p o s e th e  app roa c h  of  esta blishing  a   feedba ck loo p  mad e  by th e virtual p o wer. Thi s   m e th od do es mini mal chan ge s  to the st ru ctu r e of  DPC-SVM control al go rithm and  introdu ce s t he  virtual po we r as the i n p u t. It makes the  traditional  DP C-SVM al gori t hm to be abl e to co ntrol th e AC  side o u tput voltage re maining  stabl e   before  the  co nverter  co nn ecting to  the  grid. Also  its  cal c ulatio n proce s s an d al gorithm  struct ure   is relatively  simple  an d  having a  fast dynamic re spo n se. It proves th at th e sim u lation   and   physi cal  circu i t tests havin g the validity on this  algo rithm,  and ca n be  smoothly swit che d   bef ore   and after the  conve r ter  con nectin g  to the grid.      Ackn o w l e dg ements   This work wa s su ppo rted  by National K e y Tech n o log y  R&D Program of the Ministry of  Scien c e an d Tech nolo g y of China (Gra n t  No. 2009BA A 22B01).       Referen ces   [1]    Z hang  Jin g ,  Xu Z h e ng, C h e n  Hair on g.  Startup Pr oced ures  for the VS C-H V DC S y stem.  T r ansactio n s   of Chin a Electr otechn ical S o ci ety . 2009; 09:1 59-1 65.   [2]    Xi an g Li, Min x i ao Ha n. A coordin a ted contr o l  st rateg y  of ser i es multi-te rminal VSC-HVDC for offshore  w i nd farm.  T r ansactio n s of Chin a Electrotec hnic a l Soci ety.  201 3; 05: 42-4 8 + 57.   [3]    Hail ese l assi e T M ,  T o rres-Ol gui n RE, Vran a T K , Uhlen K ,  Undel and T .   Main gri d  freq uenc y su pp ort   strateg y  for VS C-HVDC c o n n e cted  w i n d  far m s  w i t h  var i ab l e  spe ed  w i n d  t u rbi nes.  Power  Tech., IEEE   T r ondh ei m . 20 11.   [4]    Yao Xi ng-j i a, Ding Yan g ,  Guo  Qin g -di ng.   Re se arch o n  app licati on  of VSC-HVDC  s y stemi n  th e   offshore w i nd  farm.  Renew ab l e  Energy R e so urces . 201 2; 0 2 : 37-41.   [5]  Ola w ol e J o se ph P e tinri n , M oham ed S h a a ban. Overc o mi ng  Cha lle ng es  of R ene w a b l e En erg y   on   Future Smart Grid.  T E LKOMNIKA Indon esi an Jour nal  of  Electrical E ngi ne erin g.  201 2; 10 (2): 229-2 3 4   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Dire ct Virtual  Powe r Co ntro l (Li Xiang)  5153 [6]    Yoge ndr a Ar ya, Naren d ra K u mar, Hitesh  Dutt Ma thur. Automatic Gen e r ation C ontro l in Multi Ar e a   Interconn ected  Po w e r S y ste m  b y   usi ng HV DC Li nks.  Inter natio nal J our n a l of Pow e r El ectronics  a n d   Drive System s.  2012; 2(1): 6 7 - 75   [7]    Li Shuang, Wang Zhix in, Wang  Guoqiang. Pr edictiv e Dir ect Po w e r  Control  Strategy  for Offshore Wind  Po w e r VSC- H VDC Converter .   T r ansactions  of Chin a Electr otechn ical S o ci ety . 2013; 02:  264- 270.   [8]    Xi ao L, Hu ang  S, Lu K. DC-bus voltag e con t rol of  grid-co n nected vo ltag e  source conv er ter b y  usi n g   space vect or modu late d direct  po w e r co ntrol  und er un bal an ced net w o rk co nditi ons.  Pow e r Electronic s   IET . May  2 013;  6:5.  [9]    Alons o-Martin e z  J, Elo y -Garci a J, Sa ntos-M arti n D, Ar na ltes S. A N e w   Varia b le-F re qu enc y Optim a l   Direct P o w e r   Contro l Al gor ithm.  IEEE Transactions  on  Industrial Electronics . Ap ri l   2 013 ; 6 0 ( 4 ) : 14 42 ,  145 1.  [10]  Yongc ha ng Z h ang, Z h e n g x i L i , Yingc ha o Z h ang, W e i  Xie,  Z heng gu o Pia o ,  Chan gbi n H u . Performanc e   Improveme n t of Direct Po w e r  Control of PW M Rectifier With Simple C a lcul atio n.  IEEE Transactions   on Pow e r Elect r onics . 20 13; 2 8 (7): 342 8, 343 7.  [11]  Che n  Hai-r o n g ,  Z hang Jin g , Pan W u -lu e . St art-up Contro l  of VSC Base d on HVD C  S y stem.  Hi gh  Voltag e Eng i ne erin g.  200 9; 05 : 1164-1 1 6 9 .  [12]    W A NG Jiu-he, LI  Hua-de, W A NG Li-ming.  Rese arch on d i rect pow er co ntrol for three  phas e bo ost- type pw m rectif ier.  Procee din g s  of the CSEE, 2006; 1 8 :54-6 0 .  [13]    Xi e L e i,  Xie  Da , Z hang Ya nch i , Ai Qian,  W a n g  Z h i x i n . VSC- H VDC S y stem  Based  on VF - D PC.  Electric   Pow e r Science  and Eng i n eeri ng.  200 9; 01: 1 4 -18.   [14]  Z H AO Huan,  W A NG Hong- mei.  Nov e l Mo dul ation  Strate g y   of Dir ec t Po w e r C ontrol  of  PW M Rectifier   Ba se d  on  Vi rtua l  Fl ux .  Industr y and Min e  Aut o matio n . 200 9; 01: 14-18.   [15]  Z H AI Li-li, BU  W en-shao,  W A NG Shao-j i e.  F i xe d F r equ e n c y  VF -DP C  o f   T h ree-ph ase  Voltag e-t y pe  PWM Rectifier.  Electrical Me a s ure m e n t & Instrume ntatio n . 2 012; 05: 25-2 8 .  [16]  LU Jian-k a n g , XING Yi- x un. Im prove d  Direct  Po w e r Contr o l  Strateg y  for T h ree - ph ase P W M Rectifier.  Co mp uter Si mulati on . 20 12; 08: 291- 29 5.  [17]   HU Xue- gan g, DAI Xu n-ji an g.  Direct Po w e r C ontrol of Grid- C on necte d Inverters Based  o n  Virtual F l u x .   Pow e r System  and C l ea n Ene r gy . 2012; 1 0 : 87-9 1 .  [18]  W A NG Yun-lia ng, Z H AO Yong-l e . Researc h  of improved  virtual-f lu x-b a s ed  direct  po w e r c ontrol .   Chin ese Jo urn a l of Pow e r Sources . 201 3; 0 4 : 668-6 71.   [19]  Lie   Xu, D a w e i Z h i,  Lia ngz h ong  Ya o.  Dir e c t Pow e r Co n t rol of Gri d  C onn ected  Volt age  So urce  Conv erters.  Pow e r Eng i ne eri n g Societ y Gen e ral Me eting. 2 007.   [20]  SHI Jian- xin,  JIAO Z hen-ho ng,  DONG Ji n - bao,  LI Li n-ji e .  Resear c h  o n  PW M Rectifie r  w i th D i rect   Po w e r C ontro l  base d  o n  Spac e-Vector Mo dul ation.  S m a ll &  Speci a l El ectri c al Mac h in es . 201 0; 07: 6 0 - 62.   [21]  SONG Shu-zh ong, SHA N  D ong- lia ng, MA  Jian- w e i, W A NG Xi an-b o . Direct po w e r  control  w i t h   constant s w itc h in g frequ enc y for PWM  rectifier.  Chin ese J ourn a l of Pow e r Sources . 20 11; 02: 21 5- 217.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.