基于自抗擾控制的輕型直流輸電系統(tǒng)控制器設(shè)計方法
【專利說明】基于自抗擾控制的捏型直流輸電系統(tǒng)控制器設(shè)計方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域： 本發(fā)明設(shè)及輸電系統(tǒng)控制器技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于自抗擾控制技術(shù)的輕型直流 輸電系統(tǒng)控制器設(shè)計方法。
[000引【背景技術(shù)】： 直流輸電系統(tǒng)中，根據(jù)換流器件類型的不同，可分為電流源換流器和電壓源換流器，目 前已有的直流輸電工程大多采用電流源換流器。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，基于電壓源型 的換流器的技術(shù)應運而生，目前已成為輕型直流輸電方面研究的熱點之一。
[0003] 輕型直流輸電系統(tǒng)兩端換流站間通過直流輸電線路連接，兩換流器分別運行于整 流狀態(tài)和逆變狀態(tài)，共同實現(xiàn)兩側(cè)交流系統(tǒng)間有功功率的交換與傳輸。為了保證輸電系統(tǒng) 穩(wěn)定的運行時換流器站兩側(cè)功率的平衡，必須有一端換流器能夠穩(wěn)定直流系統(tǒng)電壓，充當 整個直流輸電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定器，該側(cè)換流器工作于整流狀態(tài)，另一側(cè)換流器在其自身容 量范圍內(nèi)，根據(jù)交流系統(tǒng)功率要求，通過換流器逆變作用，從直流系統(tǒng)吸收功率。
[0004] PID控制技術(shù)是目前控制理論中發(fā)展較為成熟、應用較廣的一種控制技術(shù)，控制過 程是通過將負反饋獲得系統(tǒng)輸出與期望值的差值作為PID控制器的輸入，對該差值進行比 例、積分、微分組合，得到控制量。隨著科技進步和對指控品質(zhì)的要求越開越高，運種經(jīng)典的 PID技術(shù)的缺陷越來越凸顯：（1)產(chǎn)生誤差的方式不太合理；期望值V在過程中是不連續(xù)、 可"跳變"的物理量，而被控對此昂實際輸出y則不可會突變。若要求y突變會引起初始誤 差很大，容易引起超調(diào)，很不合理。（2)誤差的微分信號提取困難：實際中微分信號的提取 只能近似實現(xiàn)，無法精確實現(xiàn)。（3)積分反饋的引入有很多副作用；在PID控制中，引入誤 差積分反饋是為了消除凈差，提高系統(tǒng)響應的準確性；同時也會使閉環(huán)系統(tǒng)變得遲純、產(chǎn)生 振蕩，W及產(chǎn)生由積分飽和引起控制量飽和。（4)線性組合并非是最好的組合方式；PID控 制器的輸入是誤差的現(xiàn)在、過去、將來=者的線性組合，線性組合容易引起快速性和超調(diào)之 間的矛盾，并非是最好的組合方式。
[000引
【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明的目的是提供一種基于自抗擾控制的輕型直流輸電系統(tǒng)控制器設(shè)計方法，它汲 取PID控制的優(yōu)點，結(jié)合變結(jié)構(gòu)控制并克服變結(jié)構(gòu)控制存在的抖振現(xiàn)象而提出的一種新型 控制方法，具有算法簡單、控制精度高、穩(wěn)定性好、參數(shù)易于調(diào)試且對系統(tǒng)數(shù)學模型的依賴 性不強等優(yōu)點 為了解決【背景技術(shù)】中所存在的問題，本發(fā)明方法步驟如下： 結(jié)合輕型直流輸電系統(tǒng)的工作原理，建立在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的暫態(tài)數(shù)學模型； 直流電壓控制器：基于自干擾控制技術(shù)的直流電壓控制器可W控制換流器直流側(cè)電壓 穩(wěn)定劑交流側(cè)無功功率平衡，采用內(nèi)、外環(huán)型式的雙環(huán)控制，擔負穩(wěn)定直流系統(tǒng)電壓且保持 交流系統(tǒng)單位功率因數(shù)運行； 功率控制器：基于自干擾控制技術(shù)的功率控制器由外環(huán)功率控制和內(nèi)環(huán)電流控制組 成，能夠?qū)崿F(xiàn)交流系統(tǒng)單位功率因數(shù)運行，保證系統(tǒng)潮流按調(diào)度設(shè)定值運行。
[0006]所述功率控制器分為有功功率控制器和無功功率控制器。
[0007] 本發(fā)明汲取PID控制的優(yōu)點，結(jié)合變結(jié)構(gòu)控制并克服變結(jié)構(gòu)控制存在的抖振現(xiàn)象 而提出的一種新型控制方法，具有算法簡單、控制精度高、穩(wěn)定性好、參數(shù)易于調(diào)試且對系 統(tǒng)數(shù)學模型的依賴性不強等優(yōu)點。
[0008]
【附圖說明】： 圖1為雙端輕型直流輸電系統(tǒng)原理圖； 圖2為一階自抗擾控制器原理圖； 圖3為定直流電壓定無功功率控制器； 圖4為定有功功率無功功率控制器。
[0009] 【具體實施方式】： 圖1所示為雙端輕型直流輸電系統(tǒng)原理圖，兩端換流站采用相同結(jié)構(gòu)的電壓源型換流 器，數(shù)學模型如下： 換流器吸收的有功功率和無功功率如下VSCl為例）：
(1) 式中，咕、也、S1分別為交流母線電壓、換流器交流電壓基波分量和二者相角差；X1為 換流變壓器等效電抗。通過控制祐和5 1的大小就可控制換流器吸收的有功功率和無功 功率的大小和流動方向。
[0010] 設(shè)電網(wǎng)S相電壓平衡，依據(jù)圖1所示參考方向，對式（1)所示S相系統(tǒng)進行而 變換，其中令交流母線電壓a相與旋轉(zhuǎn)坐標系下的巧由重合，則直、交軸電壓分量分別為 Uhd=Uis、Uhq=O系統(tǒng)在成坐標系下的暫態(tài)數(shù)學模型可表示為：
(2) 式中游、貨為換流器輸出直流電流及直流線路電流；Uud、Uuq為Uuab。變換后對應的式 巧由分量；Ukd、Ukq為換流器交流側(cè)電壓基波的式巧由分量；猛;、站為換流器交流側(cè)電流式 謝I分量；f=1，2,分別代表整流側(cè)和逆變側(cè)換流器。
[0011] 圖2為一階自抗擾控制器原理圖。一階自抗擾控制器具體設(shè)計方法如下： 1)擴張狀態(tài)觀測器是自抗擾控制器的核屯、，其輸入為被控對象的輸入-輸出信息，對 受干擾的系統(tǒng)進行自動補償，從而實現(xiàn)精確跟蹤參考值，最終達到預期目標，其數(shù)學模型 為：
(3) 式中，01、02為輸出誤差校正系數(shù)，選擇合適的值即可實現(xiàn)很好的狀態(tài)估計； /??自，化巧為最優(yōu)控制函數(shù)，是擴張狀態(tài)觀測器的核屯、部分，且具有濾波功能。 (4) 式（4)中，5為濾波因子，a為非線性因子，是相同低頻振蕩的影響因子，合適的a值 可W達到消除振蕩的作用。
[0013] 2)非線性狀態(tài)反饋控制器（化SEF)為誤差反饋環(huán)節(jié)，數(shù)學模型為： '忘b '二技寶1 t (5) V騎打巧婷祀 式（5)中k為反饋控制率的比例系數(shù)，可影響相同電壓及功率跟蹤參考值的逼近程度。
[0014] 圖3為定直流電壓定無功功率控制器，采用內(nèi)、外環(huán)型式的雙環(huán)控制，用于直流輸 電系統(tǒng)送端整流器控制。當考慮換流站直流側(cè)電壓穩(wěn)定、交流側(cè)系統(tǒng)單位功率因數(shù)運行的 巧制目標時，有：
(6) (7) 式（7)中^^^1和;肖;可方便測量，為實現(xiàn)控制算法簡單、高速運算的目標，采用定直流電 壓外環(huán)控制器作為最優(yōu)控制函數(shù)_9心'實現(xiàn)被控對象的跟蹤控制。由式（7)可得：
測量并輸入到自抗擾控制器中，得到內(nèi)環(huán)控制量的變化量A馬|^、A ,結(jié)合 二相義流系統(tǒng)的:拭V?;.稱作為U:;。祕.、U:i:如::來巧制被巧對象。
[0015] 圖4為定有功功率定無功功率控制器，由內(nèi)環(huán)電流控制器和外環(huán)功率控制器組 成，常用于直流輸電系統(tǒng)的逆變側(cè)換流器。
[001引按照逆變側(cè)換流器所選坐標，&肖二鈎。t，則旋轉(zhuǎn)坐標系下受端系統(tǒng)的有 功功率和無功功率表達式如下：
(9) 系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，U2.基本恒定，考慮系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響，將有功功率、無功功率及各 自偏差值植入一階自抗擾控制器中，得到電流^、幫4的修正量，并和根據(jù)（9 )式計算得到的 輸出預估值進行相加后，作為有功功率、無功功率電流參考值姑即：
為實現(xiàn)跟蹤的快速性，實時測量醉V飄、"觀、卻線的值，并結(jié)合（10)式，采用最優(yōu)控制 函數(shù)化1函數(shù)來確定巧可得到內(nèi)環(huán)控制器參考電壓：
W上為本發(fā)明的實施方法。
【主權(quán)項】
1. 基于自抗擾控制的輕型直流輸電系統(tǒng)控制器設(shè)計方法，其特征在于，包括步驟如 下： 結(jié)合輕型直流輸電系統(tǒng)的工作原理，建立在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的暫態(tài)數(shù)學模型； 直流電壓控制器：基于自干擾控制技術(shù)的直流電壓控制器可以控制換流器直流側(cè)電壓 穩(wěn)定劑交流側(cè)無功功率平衡，采用內(nèi)、外環(huán)型式的雙環(huán)控制，擔負穩(wěn)定直流系統(tǒng)電壓且保持 交流系統(tǒng)單位功率因數(shù)運行； 功率控制器：基于自干擾控制技術(shù)的功率控制器由外環(huán)功率控制和內(nèi)環(huán)電流控制組 成，能夠?qū)崿F(xiàn)交流系統(tǒng)單位功率因數(shù)運行，保證系統(tǒng)潮流按調(diào)度設(shè)定值運行。2. 在根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率控制器分為有功功率控制器 和無功功率控制器。
【專利摘要】基于自抗擾控制的輕型直流輸電系統(tǒng)控制器設(shè)計方法。包括步驟：結(jié)合輕型直流輸電系統(tǒng)的工作原理，建立在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的暫態(tài)數(shù)學模型；直流電壓控制器：基于自干擾控制技術(shù)的直流電壓控制器可以控制換流器直流側(cè)電壓穩(wěn)定劑交流側(cè)無功功率平衡，采用內(nèi)、外環(huán)型式的雙環(huán)控制，擔負穩(wěn)定直流系統(tǒng)電壓且保持交流系統(tǒng)單位功率因數(shù)運行；功率控制器：基于自干擾控制技術(shù)的功率控制器由外環(huán)功率控制和內(nèi)環(huán)電流控制組成，能夠?qū)崿F(xiàn)交流系統(tǒng)單位功率因數(shù)運行，保證系統(tǒng)潮流按調(diào)度設(shè)定值運行。本發(fā)明汲取PID控制的優(yōu)點，結(jié)合變結(jié)構(gòu)控制并克服變結(jié)構(gòu)控制存在的抖振現(xiàn)象而提出的一種新型控制方法，具有算法簡單、控制精度高、穩(wěn)定性好、參數(shù)易于調(diào)試且對系統(tǒng)數(shù)學模型的依賴性不強等優(yōu)點。
【IPC分類】H02J3/36
【公開號】CN105406502
【申請?zhí)枴緾N201510978483
【發(fā)明人】范斌, 王付軍
【申請人】安徽華電工程咨詢設(shè)計有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月24日