一種柔性直流輸電系統(tǒng)全局穩(wěn)定的指數(shù)收斂控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性直流輸電系統(tǒng)全局穩(wěn)定的指數(shù)收斂控制方法，包括以下步驟：1)得柔性直流輸電系統(tǒng)的PCHD模型；2)預(yù)設(shè)柔性直流輸電系統(tǒng)的能量函數(shù)，當(dāng)VSC-HVDC系統(tǒng)的無源性時(shí)，則根據(jù)預(yù)設(shè)互聯(lián)矩陣Jd及阻尼矩陣Ra(x)，改變系統(tǒng)原有的能量函數(shù)，得新的PCHD模型；3)選取VSC-HVDC系統(tǒng)所需的穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)，然后構(gòu)建所需的閉環(huán)存儲(chǔ)函數(shù)Hd(x)，使所述閉環(huán)存儲(chǔ)函數(shù)Hd(x)滿足IDA-PB定理?xiàng)l件；4)得柔性直流輸電系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定IDA-PB控制器，然后根據(jù)指數(shù)穩(wěn)定IDA-PB控制器控制柔性直流輸電系統(tǒng)。本發(fā)明可以使柔性直流輸電系統(tǒng)在受到大干擾或是系統(tǒng)參數(shù)無法精確預(yù)知時(shí)，具有良好的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)特性，同時(shí)保持全局漸近穩(wěn)定。
【專利說明】一種柔性直流輸電系統(tǒng)全局穩(wěn)定的指數(shù)收斂控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于換流站尤其是柔性直流輸電系統(tǒng)換流站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種 指數(shù)收斂控制方法，涉及一種柔性直流輸電系統(tǒng)全局穩(wěn)定的指數(shù)收斂控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 基于電壓源型換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)，其核心是利用全控型可關(guān)斷電力電子 器件和脈寬調(diào)制（PWM)技術(shù)。它既可以用于連接常規(guī)的交流電網(wǎng)，又可以向無源網(wǎng)絡(luò)供電 并改善其電能質(zhì)量，并且可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立控制及四象限運(yùn)行，方便的 連接多端直流輸電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)靜止同步補(bǔ)償器（STATC0M)等作用，對電網(wǎng)中無功功率進(jìn)行 補(bǔ)償。基于上述優(yōu)點(diǎn)，柔性直流輸電技術(shù)被廣泛應(yīng)用于風(fēng)能、太陽能等可再生、分布式電源 并網(wǎng)，孤島、城市配電網(wǎng)供電等領(lǐng)域。
[0003] VSC-HVDC由于其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢而獲得了廣泛的應(yīng)用。作為其核心技術(shù)的控制系 統(tǒng)，目前大多采用傳統(tǒng)PI控制器形式。而傳統(tǒng)PI控制器，其參數(shù)整定及優(yōu)化較為困難，且 暫態(tài)調(diào)節(jié)過程較長，魯棒性較差。而由于VSC-HVDC控制系統(tǒng)的非線性、強(qiáng)耦合、多輸入的特 點(diǎn)，采用其他方法的控制系統(tǒng)也往往難以在實(shí)現(xiàn)良好的動(dòng)態(tài)性能、消除穩(wěn)態(tài)誤差的同時(shí)，依 然保持大范圍漸近穩(wěn)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種性直流輸電系統(tǒng)全局穩(wěn) 定的指數(shù)收斂控制方法，該方法可以使柔性直流輸電系統(tǒng)在受到大干擾或是系統(tǒng)參數(shù)無法 精確預(yù)知時(shí)，具有良好的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)特性，同時(shí)保持全局漸近穩(wěn)定。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的柔性直流輸電系統(tǒng)全局穩(wěn)定的指數(shù)收斂控制方法 包括以下步驟：
[0006] 1)在三相靜止坐標(biāo)系下建立VSC-HVDC系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，再通過坐標(biāo)變換，得 VSC-HVDC系統(tǒng)在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，然后再將VSC-HVDC系統(tǒng)在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下 的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為PCHD模型；
[0007] 2)預(yù)設(shè)柔性直流輸電系統(tǒng)的能量函數(shù)，檢測VSC-HVDC系統(tǒng)的無源性，當(dāng)VSC-HVDC 系統(tǒng)的無源時(shí)，預(yù)設(shè)VSC-HVDC系統(tǒng)的互聯(lián)矩陣Jd(X)及阻尼矩陣Rd(X)，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的互 聯(lián)矩陣J d(X)及阻尼矩陣Rd(X)改變系統(tǒng)原有的能量函數(shù)，得新的PCHD模型；
[0008] 3)選取VSC-HVDC系統(tǒng)所需的穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)，然后構(gòu)建所需的閉環(huán)存儲(chǔ)函數(shù)Hd(X)， 使PCHD模型下的VSC-HVDC系統(tǒng)滿足IDA-PB定理?xiàng)l件；
[0009] 4)根據(jù)選取的VSC-HVDC系統(tǒng)所需的穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)、閉環(huán)存儲(chǔ)函數(shù)Hd(X)、互聯(lián)矩陣 JdOO及阻尼矩陣RdOO得柔性直流輸電系統(tǒng)含積分穩(wěn)定環(huán)節(jié)的指數(shù)穩(wěn)定IDA-PB控制器， 然后根據(jù)柔性直流輸電系統(tǒng)含積分穩(wěn)定環(huán)節(jié)的指數(shù)穩(wěn)定IDA-PB控制器控制柔性直流輸電 系統(tǒng)。
[0010] 步驟1)中，三相靜止坐標(biāo)系下建立的VSC-HVDC系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為

【權(quán)利要求】
1. 一種柔性直流輸電系統(tǒng)全局穩(wěn)定的指數(shù)收斂控制方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 在三相靜止坐標(biāo)系下建立VSC-HVDC系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，再通過坐標(biāo)變換，得VSC-HVDC 系統(tǒng)在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，然后再將VSC-HVDC系統(tǒng)在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模 型轉(zhuǎn)換為PCHD模型； 2) 預(yù)設(shè)柔性直流輸電系統(tǒng)的能量函數(shù)，檢測VSC-HVDC系統(tǒng)的無源性，當(dāng)VSC-HVDC系統(tǒng) 的無源時(shí)，預(yù)設(shè)VSC-HVDC系統(tǒng)的互聯(lián)矩陣Jd(X)及阻尼矩陣Rd(X)，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的互聯(lián)矩 陣JdOO及阻尼矩陣RdOO改變系統(tǒng)原有的能量函數(shù)，得新的PCHD模型； 3) 選取VSC-HVDC系統(tǒng)所需的穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)，然后構(gòu)建所需的閉環(huán)存儲(chǔ)函數(shù)Hd(X)，使 PCHD模型下的VSC-HVDC系統(tǒng)滿足IDA-PB定理?xiàng)l件； 4) 根據(jù)選取的VSC-HVDC系統(tǒng)所需的穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)、閉環(huán)存儲(chǔ)函數(shù)Hd(X)、互聯(lián)矩陣Jd(X) 及阻尼矩陣RdOO得柔性直流輸電系統(tǒng)含積分穩(wěn)定環(huán)節(jié)的指數(shù)穩(wěn)定IDA-PB控制器，然后根 據(jù)柔性直流輸電系統(tǒng)含積分穩(wěn)定環(huán)節(jié)的指數(shù)穩(wěn)定IDA-PB控制器控制柔性直流輸電系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性直流輸電系統(tǒng)全局穩(wěn)定的指數(shù)收斂控制方法，其特征在 于，步驟1)中，三相靜止坐標(biāo)系下建立的VSC-HVDC系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為
其中，usa、Usb及Us。分別為交流系統(tǒng)側(cè)三相電壓瞬時(shí)值，ia、ib及i。分別為流入換流器 的三相電流瞬時(shí)值，Ud。為直流側(cè)電壓值，id。為直流側(cè)電流值，R為等效換流器損耗、線路損 耗及變壓器電阻損耗之和，L為換流器交流側(cè)濾波電感，C為直流側(cè)電容值，sa、Sb及s。分別 為換流器三相開關(guān)函數(shù)，其取值為： =Jl(上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)斷） 上橋臂關(guān)斷，f橋臂導(dǎo)通）〇 = 通過坐標(biāo)變換，得VSC-HVDC系統(tǒng)在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：
其中，Sd及Sq分別為開關(guān)函數(shù)在dq坐標(biāo)系下的分量，id及i,分別為交流電流在dq坐 標(biāo)系下的分量，Usd及Usq分別為交流電壓在dq坐標(biāo)系下的分量，ω為交流發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)角速 度； 設(shè)id。=Udc;/Rd。，再將VSC-HVDC系統(tǒng)在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為PCHD模型， 所述PCHD模型為
其中：
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性直流輸電系統(tǒng)全局穩(wěn)定的指數(shù)收斂控制方法，其特征在 于，步驟2)中，預(yù)設(shè)所述柔性直流輸電系統(tǒng)的系統(tǒng)能量函數(shù)為： II(x)=--X丨2 +---Λ·?-I---χ?(4) 2Z. 12L ^3C ' 然后配置預(yù)設(shè)的互聯(lián)矩陣Jd(x)、阻尼矩陣Rd(x)，改變式（4)原有的能量函數(shù)，得新的PCHD模型，所述新的PCHD模型為 X=IJa(X)-Rd(x)]^-(x)(5) 其中，系統(tǒng)新的能量函數(shù)Hd(x) =H(x)+Ha(X),Jrf(X) = -Jj(X)，凡(.\：) = /^(_^)》0。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性直流輸電系統(tǒng)全局穩(wěn)定的指數(shù)收斂控制方法，其特征在 于，步驟3)中選取的VSC-HVDC系統(tǒng)所需的穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)為： ^=[x； / uIcuy(6) 由IDA-PB控制原理，可知選取的VSC-HVDC系統(tǒng)所需的穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)X'J(x)、R(x)、H(x)、g(x)，需要找到函數(shù)β(x)、Ja(x)、Ra(x)和一個(gè)向量函數(shù)K(x)，且滿足 [(/(Λ·,/?(χ))+Ja (x)) - (R{x)+Ra (x))]i：(jc) BH (7) =-[/a (.v) -Ra (λ·)]-(λ:) +g(x^(x))u OX 由于PCHD結(jié)構(gòu)不變條件，則有= (幻=(·?(8) Rd(x) = R(x)+Ra(x) = Rj(x)>0(9) 設(shè)互聯(lián)矩陣Jd(X) =J(X)，阻尼矩陣Rd(X) =R(X)+Ra(X)，其中，阻尼矩陣Ra(X)為：
構(gòu)建所需的閉環(huán)存儲(chǔ)函數(shù)Hd(X)，其中，所述閉環(huán)存儲(chǔ)函數(shù)Hd(X)為 ""(χ)=^7(Λ·ι-)~ +^7(x:_x:)_ _Λ、)_ ( 11 ) ZL ZL JC 由TDA-PR簾捆.渴
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性直流輸電系統(tǒng)全局穩(wěn)定的指數(shù)收斂控制方法，其特征在 于，根據(jù)式（6)、（7) (8)、（9) (10)、（11)、（12)及（13)得
通過求解關(guān)于K1及K2標(biāo)量方程，得柔性直流輸電系統(tǒng)的IDA-PB控制器為
其中
令注入阻尼矩陣RaOO為反對稱矩陣，然后根據(jù)所述反對稱矩陣及式（16)得到使PCHD模型指數(shù)穩(wěn)定的IDA-PB控制器為：
其中
然后加入積分穩(wěn)定環(huán)節(jié)，式（17)化解為：
其中，rn >O;ri2 > 0,s為積分算子，然后根據(jù)式（19)對柔性直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行控制。
【文檔編號(hào)】H02J1/00GK104319758SQ201410499514
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】査鯤鵬, 孟永慶, 李宦, 張潔華 申請人:中電普瑞電力工程有限公司, 西安交通大學(xué)