一种多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法技术

一种多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法：建立单台AC/DC双向功率换流器的数学模型，选取直流母线电压偏差量为数学模型的输出量，将数学模型转换为单台AC/DC双向功率换流器的仿射非线性形式；确定单台AC/DC双向功率换流器的效率曲线，根据效率曲线，得到n台AC/DC双向功率换流器传输功率的经济最优分配方案，包括目标函数和约束条件；根据经济最优分配方案，给出AC/DC双向功率换流器的外环有功功率控制方法；给出AC/DC双向功率换流器的内环非线性控制方法，维持直流母线电压稳定，获得电压控制过程中的最优动态响应。本发明专利技术在出现功率扰动时，使得多台AC/DC双向功率换流器间的传输功率实现经济最优分配，能够维持直流母线电压稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法
本专利技术涉及一种AC/DC双向功率换流器的控制方法。特别是涉及一种多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法。
技术介绍
交直流混合微网可充分利用交流微网和直流微网各自优势，提高分布式电源渗透率和运行效率；同时，采用交直流互补供用电模式能减少交-直流变换环节，降低多级变换的能量损失，提高电能质量和供电可靠性。交直流混合微网中交流区和直流区通常由多台并联运行的AC/DC双向功率换流器构成，通过协调控制多台AC/DC双向功率换流器，合理调控传输功率，可实现交直流区域之间的功率互联和相互支撑，并对维持交直流混合微网内部功率的动态平衡，改善交直流混合微网的电能质量起到至关重要的作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够协调控制多台AC/DC双向功率换流器，使多台AC/DC双向功率换流器间的传输功率经济最优分配的多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法，包括如下步骤：1)建立单台AC/DC双向功率换流器的数学模型，选取直流母线电压偏差量为单台AC/DC双向功率换流器的数学模型输出量，将建立的单台AC/DC双向功率换流器的数学模型转换为单台AC/DC双向功率换流器的仿射非线性形式；2)确定单台AC/DC双向功率换流器的效率曲线，根据单台AC/DC双向功率换流器的效率曲线，得到n台AC/DC双向功率换流器传输功率的经济最优分配方案，包括目标函数和约束条件；3)根据n台AC/DC双向功率换流器传输功率的经济最优分配方案，给出AC/DC双向功率换流器的外环有功功率控制方法；4)根据单台AC/DC双向功率换流器的仿射非线性形式，给出AC/DC双向功率换流器的内环非线性控制方法，维持直流母线电压稳定，获得电压控制过程中的最优动态响应。步骤1)中所述的建立单台AC/DC双向功率换流器的数学模型为：id为交流直轴电流；iq为交流交轴电流；ud为交流直轴电压；uq为交流交轴电压；ed为交流侧三相电压直轴分量；eq为交流侧三相电压交轴分量；udc为直流母线电压；IL为直流电流；为交流直轴电流的导数；为交流交轴电流的导数；为直流母线电压的导数；R为交流侧滤波损耗等效电阻；L为交流侧滤波电感；C为直流母线电容；ω为角频率。步骤1)中，所述的直流母线电压偏差量Δudc为：Δudc＝udc-udcref；其中，udc为直流母线电压；udcref为直流母线电压参考值；所述的将建立的单台AC/DC双向功率换流器的数学模型转换为单台AC/DC双向功率换流器的仿射非线性形式为：其中：x为X坐标下的状态变量；为X坐标下的状态变量的导数；xT为X坐标下的状态变量的转置；u为X坐标下的控制变量；uT为X坐标下的控制变量的转置；y为X坐标下的输出变量；udcref为直流母线电压参考值；iqref为交流交轴电流参考值；f(x)为与X坐标下的状态变量直接相关的向量场；g(x)为与X坐标下的控制变量直接相关的向量场；H(x)为与X坐标下的输出变量直接相关的向量场；HT(x)为与X坐标下的输出变量直接相关的向量场的转置；id为交流直轴电流；iq为交流交轴电流；ud为交流直轴电压；uq为交流交轴电压；ed为交流侧三相电压直轴分量；eq为交流侧三相电压交轴分量；udc为直流母线电压；IL为直流电流；R为交流侧滤波损耗等效电阻；L为交流侧滤波电感；C为直流母线电容；ω为角频率。步骤2)中，所述的单台AC/DC双向功率换流器的效率曲线为：j(x)＝-424.90117x9+1948.8495x8-3760.8806x7+3964.6601x6-2481.2928x5+939.06544x4-209.74483x3+25.520245x2-1.3248863x+0.98461355其中，j(x)为X坐标下的单台AC/DC双向功率换流器的效率曲线的值；x为X坐标下的状态变量；所述的目标函数为：所述的约束条件为：其中，P*为n台AC/DC双向功率换流器总传输功率；PN(i)为第i台AC/DC双向功率换流器的额定功率；P(i)为第i台AC/DC双向功率换流器的实测功率；为第i台AC/DC双向功率换流器的效率曲线；Pt*为t时刻n台AC/DC双向功率换流器总传输功率；Pref(i)为第i台AC/DC双向功率换流器传输功率的参考值。步骤3)包括：当出现负荷扰动时，n台AC/DC双向功率换流器中用于维持直流母线电压稳定的一台AC/DC双向功率换流器对直流母线电压进行控制，承担的传输功率发生变化，其余n-1台AC/DC双向功率换流器的传输功率不变；达到稳态后，根据n台AC/DC双向功率换流器传输功率的经济最优分配方案，下发传输功率参考值给各台AC/DC双向功率换流器，更新各台AC/DC双向功率换流器的传输功率参考值；更新传输功率参考值后，各台AC/DC双向功率换流器外环采取定功率控制策略。步骤4)包括：(1)选取坐标变换为：将单台AC/DC双向功率换流器的仿射非线性形式转换为单台AC/DC双向功率换流器的布鲁诺夫斯基标准型如下：其中：Φ(x)为X坐标下的局部微分同胚；z为Z坐标下的状态变量；z1为Z坐标下的第一个状态变量；z2为Z坐标下的第二个状态变量；z3为Z坐标下的第三个状态变量；z4为Z坐标下的第四个状态变量；为Z坐标下的状态变量的导数；∫z4dt为X坐标下的第四个状态变量的积分；h1(x)为X坐标下的第一个输出变量；h2(x)为X坐标下的第二个输出变量；Lfh1(x)为X坐标下的第一个输出变量的李导数；v为Z坐标下的预控变量；A为与Z坐标下的状态变量直接相关的系数矩阵；B为与Z坐标下的预控变量直接相关的系数矩阵；(2)给出每台AC/DC双向功率换流器内环非线性控制律uk为：uk＝E-1(x)[v-A(x)]通过求李导数，得到：通过求二次型性能指标的线性最优控制问题，得到：v＝-M-1BTPzP是通过二次型性能指标的线性最优控制问题的黎卡提方程得到，所述黎卡提方程为：ATP+PA-PBM-1BTP+Q＝0其中，A(x)为X坐标下的关于状态变量的李导数向量场；E(x)为X坐标下的关于输出变量的李导数向量场；E-1(x)为X坐标下的关于输出变量的李导数向量场的逆；M-1为X坐标下的控制变量的权矩阵的逆；Q为X坐标下的状态变量的权矩阵；AT为与Z坐标下的状态变量直接相关的系数矩阵的转置；BT为与Z坐标下的预控变量直接相关的系数矩阵的转置；P为Z坐标下的黎卡提方程的解向量；id为交流直轴电流；iq为交流交轴电流；ed为交流侧三相电压直轴分量；eq为交流侧三相电压交轴分量；udc为直流母线电压；IL为直流电流；R为交流侧滤波损耗等效电阻；L为交流侧滤波电感；C为直流母线电容；ω为角频率。本专利技术的一种多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法，具有如下效果：(1)本专利技术所述方法能够在出现功率扰动时，使得多台AC/DC双向功率换流器间的传输功率实现经济最优分配；(2)本专利技术所述方法能够维持直流母线电压稳定，并改善直流母线电压控制过程中的动态响应性能。附图说明图1是单台AC/DC双向功率换流器拓扑图；图2是单台AC/DC双向功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立单台AC/DC双向功率换流器的数学模型，选取直流母线电压偏差量为单台AC/DC双向功率换流器的数学模型输出量，将建立的单台AC/DC双向功率换流器的数学模型转换为单台AC/DC双向功率换流器的仿射非线性形式；2)确定单台AC/DC双向功率换流器的效率曲线，根据单台AC/DC双向功率换流器的效率曲线，得到n台AC/DC双向功率换流器传输功率的经济最优分配方案，包括目标函数和约束条件；3)根据n台AC/DC双向功率换流器传输功率的经济最优分配方案，给出AC/DC双向功率换流器的外环有功功率控制方法；4)根据单台AC/DC双向功率换流器的仿射非线性形式，给出AC/DC双向功率换流器的内环非线性控制方法，维持直流母线电压稳定，获得电压控制过程中的最优动态响应。

【技术特征摘要】
1.一种多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立单台AC/DC双向功率换流器的数学模型，选取直流母线电压偏差量为单台AC/DC双向功率换流器的数学模型输出量，将建立的单台AC/DC双向功率换流器的数学模型转换为单台AC/DC双向功率换流器的仿射非线性形式；2)确定单台AC/DC双向功率换流器的效率曲线，根据单台AC/DC双向功率换流器的效率曲线，得到n台AC/DC双向功率换流器传输功率的经济最优分配方案，包括目标函数和约束条件；3)根据n台AC/DC双向功率换流器传输功率的经济最优分配方案，给出AC/DC双向功率换流器的外环有功功率控制方法；4)根据单台AC/DC双向功率换流器的仿射非线性形式，给出AC/DC双向功率换流器的内环非线性控制方法，维持直流母线电压稳定，获得电压控制过程中的最优动态响应。2.根据权利要求1所述的一种多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法，其特征在于，步骤1)中所述的建立单台AC/DC双向功率换流器的数学模型为：id为交流直轴电流；iq为交流交轴电流；ud为交流直轴电压；uq为交流交轴电压；ed为交流侧三相电压直轴分量；eq为交流侧三相电压交轴分量；udc为直流母线电压；IL为直流电流；为交流直轴电流的导数；为交流交轴电流的导数；为直流母线电压的导数；R为交流侧滤波损耗等效电阻；L为交流侧滤波电感；C为直流母线电容；ω为角频率。3.根据权利要求1所述的一种多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法，其特征在于，步骤1)中，所述的直流母线电压偏差量Δudc为：Δudc＝udc-udcref；其中，udc为直流母线电压；udcref为直流母线电压参考值；所述的将建立的单台AC/DC双向功率换流器的数学模型转换为单台AC/DC双向功率换流器的仿射非线性形式为：其中：x为X坐标下的状态变量；为X坐标下的状态变量的导数；xT为X坐标下的状态变量的转置；u为X坐标下的控制变量；uT为X坐标下的控制变量的转置；y为X坐标下的输出变量；udcref为直流母线电压参考值；iqref为交流交轴电流参考值；f(x)为与X坐标下的状态变量直接相关的向量场；g(x)为与X坐标下的控制变量直接相关的向量场；H(x)为与X坐标下的输出变量直接相关的向量场；HT(x)为与X坐标下的输出变量直接相关的向量场的转置；id为交流直轴电流；iq为交流交轴电流；ud为交流直轴电压；uq为交流交轴电压；ed为交流侧三相电压直轴分量；eq为交流侧三相电压交轴分量；udc为直流母线电压；IL为直流电流；R为交流侧滤波损耗等效电阻；L为交流侧滤波电感；C为直流母线电容；ω为角频率。4.根据权利要求1所述的一种多台AC/DC双向功率换流器的经济最优控制方法，其特征在于，步骤2)中，所述的单台AC/DC双向功率换流器的效率曲线为：j(x)＝-424.90117x9+1948.8495x8-3760.8806x7+3964.6601x6-2481.2928x5+939.06544x4-209.74483x3+25.520245x2-1.3248863x+0....

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，郭天宇，马显，郭彦斌，
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