一种基于组合趋近律的VSC-HVDC滑模电流控制设计方法技术

本发明专利技术属于电力系统控制领域，针对柔性直流(VSC‑HVDC)输电系统的稳定性问题，分析了矢量控制对VSC‑HVDC系统稳定性的影响。针对存在的不稳定现象，在基于趋近律的滑模电流控制(sliding mode current control，SMCC)下对VSC‑HVDC的内环矢量电流控制进行了设计。同时针对基于指数趋近律的SMCC存在稳态抖振较大的不足，提出了一种适用于VSC‑HVDC的基于组合趋近律的SMCC策略，分析了该策略对系统小干扰稳定性的影响。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建了VSC‑HVDC的仿真模型，对设计的基于组合趋近律的SMCC策略进行仿真验证。结果表明：设计的基于组合趋近律的SMCC相比于基于指数趋近律的SMCC减小了稳态时的抖振，同时SMCC对系统小于扰稳定性的影响可等效为一个内环比例系数随时间变化的比例环节，可消除传统矢量控制内环积分系数较小引起系统不稳定振荡的现象。

【技术实现步骤摘要】
一种基于组合趋近律的VSC-HVDC滑模电流控制设计方法
本专利技术属于电力系统控制领域，具体涉及一种基于组合趋近律的VSC-HVDC滑模电流控制设计方法。
技术介绍
随着输电走廊等土地资源的日益紧张和可再生能源发电的快速发展，基于电压源换流器的柔性直流(voltagesourceconverterbasedhighvoltagedirectcurrent，VSC-HVDC)输电技术已在全球范围内应用到可再生能源发电并网、多端直流输电等领域。近几年来柔性直流输电工程建设迅速，VSC-HVDC的稳定性分析和控制将成为影响电力系统安全稳定运行的重要问题。针对上述问题，在VSC-HVDC稳定性分析上，目前研究发现VSC联接弱交流电网时，系统的非线性和外环有功/电压之间的高度耦合是影响系统稳定性的主要原因。此外，研究了换流器矢量控制中的内环控制对公共连接点电压动态特性的影响，但并未对失稳现象进行控制方法的改进。同时部分研究利用特征值法分析了VSC内环增益对系统稳定性的影响，但稳定性分析过程中假定比例系数和积分系数对系统稳定性的影响相同。在VSC-HVDC的控制上，滑模控制器(slidingmodecontrol，SMC)以其优良的鲁棒性、对参数变化的不敏感性和较快的动态响应，在直流输电系统的控制中得到了广泛的应用。除了SMC的这些优点，SMC的缺点在于当状态轨迹到达滑模面后，当参数摄动时存在稳态抖振较大的不足。目前研究分别提出了一种基于滑模鲁棒控制器的有功功率调制方案、一种无源SMC策略、一种三电平电压型VSC-HVDC的外环滑模变结构控制器、一种基于Terminal滑模的HVDC控制器、一种适用于多端VSC-HVDC的基于指数趋近律的滑模电流控制器(slidingmodecurrentcontrol，SMCC)、一种非线性直流功率调制附加控制器和一种功率滑模变结构补偿策略。但目前针对VSC-HVDC滑模控制器的研究均未对SMC对直流输电系统小干扰稳定性的影响进行分析，也没有采取有效地削弱抖振的方案。同时，VSC-HVDC的矢量内环电流控制环节与SMCC环节对系统小干扰稳定性影响的差异性有待进一步的研究。因此，针对目前所提VSC-HVDC滑模控制存在抖振较大的不足，本专利技术提出一种能够减小抖振的滑模电流控制设计方法，并分析所提设计方法对系统小干扰稳定性的影响和控制参数对系统特性的影响，具有一定实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于组合趋近律的VSC-HVDC滑模电流控制设计方法，为了结合指数趋近律和变速趋近律的优缺点，在系统刚进入切换区滑模运动的前期采用指数趋近律，在系统将达到稳态时滑模运动的后期采用变速趋近律，从而设计了一种适用于VSC-HVDC的基于组合趋近律的滑模电流控制策略，使系统性能达到最优。同时，分析了本专利技术所提出的基于组合趋近律的VSC-HVDC滑模电流控制策略对系统小干扰稳定性的影响和控制参数对系统特性的影响。为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种基于组合趋近律的VSC-HVDC滑模电流控制设计方法，所述方法包括如下步骤：步骤(1)分析矢量控制对VSC-HVDC系统稳定性的影响；步骤(2)针对存在的不稳定现象，在基于趋近律的滑模电流控制下对VSC-HVDC的内环矢量电流控制进行设计；步骤(3)提出一种适用于VSC-HVDC的基于组合趋近律的滑模电流控制策略，分析该策略对系统小干扰稳定性的影响；步骤(4)分析基于组合趋近律的滑模电流控制参数对VSC-HVDC系统特性的影响；本文步骤(1)中分别分析了主导极点根轨迹随着定直流电压控制外环回路比例、积分参数，内环回路比例、积分参数增大的变化趋势。本文步骤(2)中针对定直流电压内环控制积分系数较小易引发系统失去稳定的现象，分别在常规指数趋近律和常规变速趋近律下对VSC-HVDC的定直流电压内环矢量电流控制进行了设计。本文步骤(3)中为了结合指数趋近律和变速趋近律的优缺点，在系统刚进入切换区时滑模运动的前期，采用指数趋近律，在系统将达到稳态时滑模运动的后期，采用变速趋近律，从而提出一种适用于VSC-HVDC的基于组合趋近律的滑模电流控制策略，使系统性能达到最优。同时分析了SMCC和矢量控制之间存在的等效替换，从而分析SMCC对系统小干扰稳定性的影响。本文步骤(4)中分析了基于组合趋近律的SMCC的参数对并网电流的总谐波畸变率以及有功电流测量值对有功电流给定值响应的调整时间、误差超调量的影响。与现有的技术方案相比，本专利技术的有益效果为：分析了矢量控制对VSC-HVDC系统稳定性的影响，得出当定直流电压控制内环积分系数较小时系统易失去稳定；本专利技术所提出的基于组合趋近律的SMCC对VSC-HVDC系统小干扰稳定性的影响可等效为内环比例系数随时间变化的比例环节，消除了内环积分环节对系统稳定性的影响。同时，基于组合趋近律的SMCC相比于基于指数趋近律的SMCC有效减小了稳态时的抖振。附图说明图1为一种基于组合趋近律的VSC-HVDC滑模电流控制设计方法流程图图2为两端VSC-HVDC系统结构图图3为换流站矢量电流控制框图图4(a)为主导极点根轨迹随定直流电压控制外环比例参数的变化图4(b)为主导极点根轨迹随定直流电压控制外环积分参数的变化图4(c)为主导极点根轨迹随定直流电压控制内环比例参数的变化图4(d)为主导极点根轨迹随定直流电压控制内环积分参数的变化图5为基于组合趋近律的SMCC设计图图6为指数趋近律相轨迹示意图图7为变速趋近律相轨迹示意图图8为主导极点根轨迹随SMCC等效比例参数的变化图9(a)为基于组合趋近律的SMCC策略下直流电压的响应曲线图9(b)为基于指数趋近律的SMCC策略下直流电压的响应曲线图9(c)为基于传统矢量电流控制策略下直流电压的响应曲线图中和文中各符号为：图2中，VSC1为整流站，所有电气量下标为1。VSC2为逆变站，所有电气量下标为2。us为公共连接点(pointofcommoncoupling，PCC)交流电压，换流站出口交流电压为uc，直流侧电压为ud。交流侧等效电阻、电感为R、L，交流滤波电容为Cf，交流系统输出有功、无功功率分别为P和Q。is为电压源流向PCC点的交流电流，ic为PCC点流向交流系统出口的交流电流。Rd为直流侧电阻，Ld为直流侧电感，C为直流侧电容，id为直流线路电流。图3中，指令值为下标带ref的电气量，测量值为下标不带ref的电气量。外环有功功率、无功功率和直流电压分别为P、Q和ud，有功功率P1和无功功率Q1为VSC1外环控制目标，直流电压ud2和无功功率Q2为VSC2外环控制目标。外环控制差值通过外环PI控制环节生成内环电流指令值icdref、icqref。内环控制差值经过内环PI控制环节、电压前馈项和解耦项得出VSC的端口电压ucd、ucq，d、q轴调制波信号分别为md、mq。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术针对基于指数趋近律的SMCC存在稳态抖振较大的不足，提出了一种适用于VSC-HVDC的基于组合趋近律的SMCC策略，并分析了该控制策略对系统小干扰稳定性的影响。同时，分析了基于组合趋近律的SMCC参数对VSC-HVDC系统特性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于组合趋近律的VSC‑HVDC滑模电流控制设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤(1)分析矢量控制对VSC‑HVDC系统稳定性的影响；步骤(2)针对存在的不稳定现象，在基于趋近律的滑模电流控制下对VSC‑HVDC的内环矢量电流控制进行设计；步骤(3)提出一种适用于VSC‑HVDC的基于组合趋近律的滑模电流控制策略，分析该策略对系统小干扰稳定性的影响；步骤(4)分析基于组合趋近律的滑模电流控制参数对VSC‑HVDC系统特性的影响。

【技术特征摘要】
1.一种基于组合趋近律的VSC-HVDC滑模电流控制设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤(1)分析矢量控制对VSC-HVDC系统稳定性的影响；步骤(2)针对存在的不稳定现象，在基于趋近律的滑模电流控制下对VSC-HVDC的内环矢量电流控制进行设计；步骤(3)提出一种适用于VSC-HVDC的基于组合趋近律的滑模电流控制策略，分析该策略对系统小干扰稳定性的影响；步骤(4)分析基于组合趋近律的滑模电流控制参数对VSC-HVDC系统特性的影响。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中分别分析了系统主导极点根轨迹随着定直流电压控制外环回路PI参数和内环回路PI参数增大的变化趋势，从而分析了矢量控制对VSC-HVDC系统稳定性的影...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵书强，邵冰冰，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13