一种柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法，包括以下步骤：1)得柔性直流输电系统的PCHD模型；2)预设柔性直流输电系统的能量函数，当VSC-HVDC系统的无源性时，则根据预设互联矩阵Jd及阻尼矩阵Ra(x)，改变系统原有的能量函数，得新的PCHD模型；3)选取VSC-HVDC系统所需的稳态平衡点，然后构建所需的闭环存储函数Hd(x)，使所述闭环存储函数Hd(x)满足IDA-PB定理条件；4)得柔性直流输电系统的指数稳定IDA-PB控制器，然后根据指数稳定IDA-PB控制器控制柔性直流输电系统。本发明可以使柔性直流输电系统在受到大干扰或是系统参数无法精确预知时，具有良好的稳态、暂态特性，同时保持全局渐近稳定。
【专利说明】一种柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于换流站尤其是柔性直流输电系统换流站控制系统设计领域，涉及一种 指数收敛控制方法，涉及一种柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法。
【背景技术】
[0002] 基于电压源型换流器的柔性直流输电系统，其核心是利用全控型可关断电力电子 器件和脉宽调制（PWM)技术。它既可以用于连接常规的交流电网，又可以向无源网络供电 并改善其电能质量，并且可以实现有功功率和无功功率的独立控制及四象限运行，方便的 连接多端直流输电系统，实现静止同步补偿器（STATC0M)等作用，对电网中无功功率进行 补偿。基于上述优点，柔性直流输电技术被广泛应用于风能、太阳能等可再生、分布式电源 并网，孤岛、城市配电网供电等领域。
[0003] VSC-HVDC由于其独特的技术优势而获得了广泛的应用。作为其核心技术的控制系 统，目前大多采用传统PI控制器形式。而传统PI控制器，其参数整定及优化较为困难，且 暂态调节过程较长，鲁棒性较差。而由于VSC-HVDC控制系统的非线性、强耦合、多输入的特 点，采用其他方法的控制系统也往往难以在实现良好的动态性能、消除稳态误差的同时，依 然保持大范围渐近稳定。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种性直流输电系统全局稳 定的指数收敛控制方法，该方法可以使柔性直流输电系统在受到大干扰或是系统参数无法 精确预知时，具有良好的稳态、暂态特性，同时保持全局渐近稳定。
[0005] 为达到上述目的，本发明所述的柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法 包括以下步骤：
[0006] 1)在三相静止坐标系下建立VSC-HVDC系统的数学模型，再通过坐标变换，得 VSC-HVDC系统在dq旋转坐标系下的数学模型，然后再将VSC-HVDC系统在dq旋转坐标系下 的数学模型转换为PCHD模型；
[0007] 2)预设柔性直流输电系统的能量函数，检测VSC-HVDC系统的无源性，当VSC-HVDC 系统的无源时，预设VSC-HVDC系统的互联矩阵Jd(X)及阻尼矩阵Rd(X)，然后根据预设的互 联矩阵J d(X)及阻尼矩阵Rd(X)改变系统原有的能量函数，得新的PCHD模型；
[0008] 3)选取VSC-HVDC系统所需的稳态平衡点，然后构建所需的闭环存储函数Hd(X)， 使PCHD模型下的VSC-HVDC系统满足IDA-PB定理条件；
[0009] 4)根据选取的VSC-HVDC系统所需的稳态平衡点、闭环存储函数Hd(X)、互联矩阵 JdOO及阻尼矩阵RdOO得柔性直流输电系统含积分稳定环节的指数稳定IDA-PB控制器， 然后根据柔性直流输电系统含积分稳定环节的指数稳定IDA-PB控制器控制柔性直流输电 系统。
[0010] 步骤1)中，三相静止坐标系下建立的VSC-HVDC系统的数学模型为
【权利要求】
1. 一种柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 在三相静止坐标系下建立VSC-HVDC系统的数学模型，再通过坐标变换，得VSC-HVDC 系统在dq旋转坐标系下的数学模型，然后再将VSC-HVDC系统在dq旋转坐标系下的数学模 型转换为PCHD模型； 2) 预设柔性直流输电系统的能量函数，检测VSC-HVDC系统的无源性，当VSC-HVDC系统 的无源时，预设VSC-HVDC系统的互联矩阵Jd(X)及阻尼矩阵Rd(X)，然后根据预设的互联矩 阵JdOO及阻尼矩阵RdOO改变系统原有的能量函数，得新的PCHD模型； 3) 选取VSC-HVDC系统所需的稳态平衡点，然后构建所需的闭环存储函数Hd(X)，使 PCHD模型下的VSC-HVDC系统满足IDA-PB定理条件； 4) 根据选取的VSC-HVDC系统所需的稳态平衡点、闭环存储函数Hd(X)、互联矩阵Jd(X) 及阻尼矩阵RdOO得柔性直流输电系统含积分稳定环节的指数稳定IDA-PB控制器，然后根 据柔性直流输电系统含积分稳定环节的指数稳定IDA-PB控制器控制柔性直流输电系统。
2. 根据权利要求1所述的柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法，其特征在 于，步骤1)中，三相静止坐标系下建立的VSC-HVDC系统的数学模型为
其中，usa、Usb及Us。分别为交流系统侧三相电压瞬时值，ia、ib及i。分别为流入换流器 的三相电流瞬时值，Ud。为直流侧电压值，id。为直流侧电流值，R为等效换流器损耗、线路损 耗及变压器电阻损耗之和，L为换流器交流侧滤波电感，C为直流侧电容值，sa、Sb及s。分别 为换流器三相开关函数，其取值为： =Jl(上桥臂导通，下桥臂关断） 上桥臂关断，f桥臂导通）〇 = 通过坐标变换，得VSC-HVDC系统在dq旋转坐标系下的数学模型为：
其中，Sd及Sq分别为开关函数在dq坐标系下的分量，id及i,分别为交流电流在dq坐 标系下的分量，Usd及Usq分别为交流电压在dq坐标系下的分量，ω为交流发电机运转角速 度； 设id。=Udc;/Rd。，再将VSC-HVDC系统在dq旋转坐标系下的数学模型转换为PCHD模型， 所述PCHD模型为
其中：
3. 根据权利要求2所述的柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法，其特征在 于，步骤2)中，预设所述柔性直流输电系统的系统能量函数为： II(x)=--X丨2 +---Λ·?-I---χ?(4) 2Z. 12L ^3C ' 然后配置预设的互联矩阵Jd(x)、阻尼矩阵Rd(x)，改变式（4)原有的能量函数，得新的PCHD模型，所述新的PCHD模型为 X=IJa(X)-Rd(x)]^-(x)(5) 其中，系统新的能量函数Hd(x) =H(x)+Ha(X),Jrf(X) = -Jj(X)，凡(.\：) = /^(_^)》0。
4. 根据权利要求3所述的柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法，其特征在 于，步骤3)中选取的VSC-HVDC系统所需的稳态平衡点为： ^=[x； / uIcuy(6) 由IDA-PB控制原理，可知选取的VSC-HVDC系统所需的稳态平衡点X'J(x)、R(x)、H(x)、g(x)，需要找到函数β(x)、Ja(x)、Ra(x)和一个向量函数K(x)，且满足 [(/(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结构不变条件，则有= (幻=(·?(8) Rd(x) = R(x)+Ra(x) = Rj(x)>0(9) 设互联矩阵Jd(X) =J(X)，阻尼矩阵Rd(X) =R(X)+Ra(X)，其中，阻尼矩阵Ra(X)为：
构建所需的闭环存储函数Hd(X)，其中，所述闭环存储函数Hd(X)为 ""(χ)=^7(Λ·ι-)~ +^7(x:_x:)_ _Λ、)_ ( 11 ) ZL ZL JC 由TDA-PR帘捆.渴
5.根据权利要求4所述的柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法，其特征在 于，根据式（6)、（7) (8)、（9) (10)、（11)、（12)及（13)得
通过求解关于K1及K2标量方程，得柔性直流输电系统的IDA-PB控制器为
其中
令注入阻尼矩阵RaOO为反对称矩阵，然后根据所述反对称矩阵及式（16)得到使PCHD模型指数稳定的IDA-PB控制器为：
其中
然后加入积分稳定环节，式（17)化解为：
其中，rn >O;ri2 > 0,s为积分算子，然后根据式（19)对柔性直流输电系统进行控制。
【文档编号】H02J1/00GK104319758SQ201410499514
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】査鲲鹏, 孟永庆, 李宦, 张洁华 申请人:中电普瑞电力工程有限公司, 西安交通大学