基于自抗扰控制的轻型直流输电系统控制器设计方法
【专利说明】基于自抗扰控制的捏型直流输电系统控制器设计方法
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技术领域： 本发明设及输电系统控制器技术领域，具体设及一种基于自抗扰控制技术的轻型直流 输电系统控制器设计方法。
[000引【背景技术】： 直流输电系统中，根据换流器件类型的不同，可分为电流源换流器和电压源换流器，目 前已有的直流输电工程大多采用电流源换流器。随着电力电子技术的发展，基于电压源型 的换流器的技术应运而生，目前已成为轻型直流输电方面研究的热点之一。
[0003] 轻型直流输电系统两端换流站间通过直流输电线路连接，两换流器分别运行于整 流状态和逆变状态，共同实现两侧交流系统间有功功率的交换与传输。为了保证输电系统 稳定的运行时换流器站两侧功率的平衡，必须有一端换流器能够稳定直流系统电压，充当 整个直流输电系统的电压稳定器，该侧换流器工作于整流状态，另一侧换流器在其自身容 量范围内，根据交流系统功率要求，通过换流器逆变作用，从直流系统吸收功率。
[0004] PID控制技术是目前控制理论中发展较为成熟、应用较广的一种控制技术，控制过 程是通过将负反馈获得系统输出与期望值的差值作为PID控制器的输入，对该差值进行比 例、积分、微分组合，得到控制量。随着科技进步和对指控品质的要求越开越高，运种经典的 PID技术的缺陷越来越凸显：（1)产生误差的方式不太合理；期望值V在过程中是不连续、 可"跳变"的物理量，而被控对此昂实际输出y则不可会突变。若要求y突变会引起初始误 差很大，容易引起超调，很不合理。（2)误差的微分信号提取困难：实际中微分信号的提取 只能近似实现，无法精确实现。（3)积分反馈的引入有很多副作用；在PID控制中，引入误 差积分反馈是为了消除净差，提高系统响应的准确性；同时也会使闭环系统变得迟纯、产生 振荡，W及产生由积分饱和引起控制量饱和。（4)线性组合并非是最好的组合方式；PID控 制器的输入是误差的现在、过去、将来=者的线性组合，线性组合容易引起快速性和超调之 间的矛盾，并非是最好的组合方式。
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【发明内容】
： 本发明的目的是提供一种基于自抗扰控制的轻型直流输电系统控制器设计方法，它汲 取PID控制的优点，结合变结构控制并克服变结构控制存在的抖振现象而提出的一种新型 控制方法，具有算法简单、控制精度高、稳定性好、参数易于调试且对系统数学模型的依赖 性不强等优点 为了解决【背景技术】中所存在的问题，本发明方法步骤如下： 结合轻型直流输电系统的工作原理，建立在同步旋转坐标系下的暂态数学模型； 直流电压控制器：基于自干扰控制技术的直流电压控制器可W控制换流器直流侧电压 稳定剂交流侧无功功率平衡，采用内、外环型式的双环控制，担负稳定直流系统电压且保持 交流系统单位功率因数运行； 功率控制器：基于自干扰控制技术的功率控制器由外环功率控制和内环电流控制组 成，能够实现交流系统单位功率因数运行，保证系统潮流按调度设定值运行。
[0006]所述功率控制器分为有功功率控制器和无功功率控制器。
[0007] 本发明汲取PID控制的优点，结合变结构控制并克服变结构控制存在的抖振现象 而提出的一种新型控制方法，具有算法简单、控制精度高、稳定性好、参数易于调试且对系 统数学模型的依赖性不强等优点。
[0008]
【附图说明】： 图1为双端轻型直流输电系统原理图； 图2为一阶自抗扰控制器原理图； 图3为定直流电压定无功功率控制器； 图4为定有功功率无功功率控制器。
[0009] 【具体实施方式】： 图1所示为双端轻型直流输电系统原理图，两端换流站采用相同结构的电压源型换流 器，数学模型如下： 换流器吸收的有功功率和无功功率如下VSCl为例）：
(1) 式中，咕、也、S1分别为交流母线电压、换流器交流电压基波分量和二者相角差；X1为 换流变压器等效电抗。通过控制祐和5 1的大小就可控制换流器吸收的有功功率和无功 功率的大小和流动方向。
[0010] 设电网S相电压平衡，依据图1所示参考方向，对式（1)所示S相系统进行而 变换，其中令交流母线电压a相与旋转坐标系下的巧由重合，则直、交轴电压分量分别为 Uhd=Uis、Uhq=O系统在成坐标系下的暂态数学模型可表示为：
(2) 式中游、货为换流器输出直流电流及直流线路电流；Uud、Uuq为Uuab。变换后对应的式 巧由分量；Ukd、Ukq为换流器交流侧电压基波的式巧由分量；猛;、站为换流器交流侧电流式 谢I分量；f=1，2,分别代表整流侧和逆变侧换流器。
[0011] 图2为一阶自抗扰控制器原理图。一阶自抗扰控制器具体设计方法如下： 1)扩张状态观测器是自抗扰控制器的核屯、，其输入为被控对象的输入-输出信息，对 受干扰的系统进行自动补偿，从而实现精确跟踪参考值，最终达到预期目标，其数学模型 为：
(3) 式中，01、02为输出误差校正系数，选择合适的值即可实现很好的状态估计； /??自，化巧为最优控制函数，是扩张状态观测器的核屯、部分，且具有滤波功能。 (4) 式（4)中，5为滤波因子，a为非线性因子，是相同低频振荡的影响因子，合适的a值 可W达到消除振荡的作用。
[0013] 2)非线性状态反馈控制器（化SEF)为误差反馈环节，数学模型为： '忘b '二技宝1 t (5) V骑打巧婷祀 式（5)中k为反馈控制率的比例系数，可影响相同电压及功率跟踪参考值的逼近程度。
[0014] 图3为定直流电压定无功功率控制器，采用内、外环型式的双环控制，用于直流输 电系统送端整流器控制。当考虑换流站直流侧电压稳定、交流侧系统单位功率因数运行的 巧制目标时，有：
(6) (7) 式（7)中^^^1和;肖;可方便测量，为实现控制算法简单、高速运算的目标，采用定直流电 压外环控制器作为最优控制函数_9心'实现被控对象的跟踪控制。由式（7)可得：
测量并输入到自抗扰控制器中，得到内环控制量的变化量A马|^、A ,结合 二相义流系统的:拭V?;.稱作为U:;。祕.、U:i:如::来巧制被巧对象。
[0015] 图4为定有功功率定无功功率控制器，由内环电流控制器和外环功率控制器组 成，常用于直流输电系统的逆变侧换流器。
[001引按照逆变侧换流器所选坐标，&肖二鈎。t，则旋转坐标系下受端系统的有 功功率和无功功率表达式如下：
(9) 系统稳定运行时，U2.基本恒定，考虑系统静态误差的影响，将有功功率、无功功率及各 自偏差值植入一阶自抗扰控制器中，得到电流^、帮4的修正量，并和根据（9 )式计算得到的 输出预估值进行相加后，作为有功功率、无功功率电流参考值姑即：
为实现跟踪的快速性，实时测量醉V飄、"觀、却線的值，并结合（10)式，采用最优控制 函数化1函数来确定巧可得到内环控制器参考电压：
W上为本发明的实施方法。
【主权项】
1. 基于自抗扰控制的轻型直流输电系统控制器设计方法，其特征在于，包括步骤如 下： 结合轻型直流输电系统的工作原理，建立在同步旋转坐标系下的暂态数学模型； 直流电压控制器：基于自干扰控制技术的直流电压控制器可以控制换流器直流侧电压 稳定剂交流侧无功功率平衡，采用内、外环型式的双环控制，担负稳定直流系统电压且保持 交流系统单位功率因数运行； 功率控制器：基于自干扰控制技术的功率控制器由外环功率控制和内环电流控制组 成，能够实现交流系统单位功率因数运行，保证系统潮流按调度设定值运行。2. 在根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率控制器分为有功功率控制器 和无功功率控制器。
【专利摘要】基于自抗扰控制的轻型直流输电系统控制器设计方法。包括步骤：结合轻型直流输电系统的工作原理，建立在同步旋转坐标系下的暂态数学模型；直流电压控制器：基于自干扰控制技术的直流电压控制器可以控制换流器直流侧电压稳定剂交流侧无功功率平衡，采用内、外环型式的双环控制，担负稳定直流系统电压且保持交流系统单位功率因数运行；功率控制器：基于自干扰控制技术的功率控制器由外环功率控制和内环电流控制组成，能够实现交流系统单位功率因数运行，保证系统潮流按调度设定值运行。本发明汲取PID控制的优点，结合变结构控制并克服变结构控制存在的抖振现象而提出的一种新型控制方法，具有算法简单、控制精度高、稳定性好、参数易于调试且对系统数学模型的依赖性不强等优点。
【IPC分类】H02J3/36
【公开号】CN105406502
【申请号】CN201510978483
【发明人】范斌, 王付军
【申请人】安徽华电工程咨询设计有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月24日