一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法技术方案

一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法，包括以下步骤:步骤1，建立两端电压源型换流器高压直流输电系统暂态数学模型；步骤2，设计自抗扰控制器；步骤3，设计模糊规则。本发明专利技术在系统中设计模糊自抗扰控制器，实现对直轴和交轴电流的解耦。设计扩张状态观测器环节估计系统不确定性及扰动并进行补偿，使得系统的鲁棒性和抗干扰性能力得到提高，同时设计模糊规则对扩张状态观测器参数进行整定，有效提高系统的鲁棒性以及抗干扰性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法
本专利技术设计一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法，特别是对于系统中存在不确定性及扰动等问题的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法。
技术介绍
基于电压源型换流器的高压直流(Voltagesourceconverterhighvoltagedirectcurrent,VSC-HVDC)输电技术的风电并网已被普遍认为是实现大型风机群并网的最稳定最有潜力的电能传输方式。因为VSC-HVDC系统是一个多输入、多输出的耦合时变的非线性的系统，运行规则原理尤为复杂，只有通过选择合适的控制方法对换流器进行控制才能提高系统的性能。国内外学者在非线性控制方法以及智能控制方法等方面做了大量卓有成效的工作，包括PI控制，滑模控制及鲁棒控制等。考虑到基于精确线性化解耦控制策略是强依赖于被控对象的精确数学模型，传统的PI控制器抗干扰能力有限，并且参数无法随系统的机械和电气参数变化而作出调整等特点，不能很好地满足电压源型换流器高压直流输电系统的稳定运行。
技术实现思路
为了克服现有两端电压源型换流器高压直流输电系统中存在不确定性以及扰动的不足，本专利技术在系统中设计模糊自抗扰控制器，实现对直轴和交轴电流的解耦。设计扩张状态观测器环节估计系统不确定性及扰动并进行补偿，使得系统的鲁棒性和抗干扰性能力得到提高，同时设计模糊规则对扩张状态观测器参数进行整定，有效提高系统的鲁棒性以及抗干扰性。为了解决上述技术问题提出的技术方案如下：一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法，所述控制方法包括以下步骤：步骤1,建立两端电压源型换流器高压直流输电系统数学暂态模型；两端电压源型换流器高压直流输电系统数学暂态模型可表示成如下形式其中，d轴为电流直轴，q轴为电流交轴；usd，usq分别为交流源电压d和q轴分量；isd，isq分别为交流侧电流的d和q轴分量；ucd，ucq分别为换流站交流侧电压的d和q轴分量；ω为交流系统的角频率；R为换流变压器和电抗器的等效电阻；L为换流变压器和电抗器的等效电感；步骤2,设计自抗扰控制器，过程如下：2.1将式(1)变换为自抗扰控制器的规范化形式，即其中，在考虑外部扰动以及参数不确定性的情况下，式(3)改写为其中，定义状态变量x1＝[isd,isq]T；y＝[y1,y2]T为系统的输出电流，y1，y2分别为d轴和q轴的输出电流；f(x)＝[f1,f2]T为系统已知扰动，f1，f2分别为d轴和q轴的系统已知扰动；w(t)为系统未知扰动；u＝[ucd,ucq]T为控制器的输出量；b1＝Δb+b0，b0为b1的估计值，一般根据经验获得，Δb为参数摄动值；2.2定义x2＝d＝[d1,d2]T＝w(t)+Δbu为系统总扰动；其中d1，d2分别为d轴和q轴的系统扰动及不确定项；由于式(4)看作两个一阶系统，因此在自抗扰控制器只需设计扩张状态观测器与非线性反馈控制律；2.3设计扩张状态观测器其中，z1，z3分别为y1和y2的观测信号；ed，eq为观测误差信号；z2，z4分别为d1和d2的观测信号；β1，β2分别为正的观测器增益系数；g(e)为非线性函数形式，即2.4设计非线性状态反馈控制器其中，为d轴电流参考值；为q轴电流参考值；e0，e2为跟踪误差；k为比例系数；δ为滤波因子；α为非线性常数，影响控制精度；u1，u2分别为d轴和q轴非线性状态反馈控制器输出信号；Fal(e,α,δ)函数为具有快速收敛的性能并且有一定的滤波效果，其表达形式为其中，sign(·)为符号函数；d轴一阶非线性状态误差反馈控制律取为q轴一阶非线性状态误差反馈控制律取为步骤3,设计模糊规则，过程如下：以跟踪误差e0以及e0的微分信号e1为性能指标，将e0和e1作为模糊控制器的输入，通过模糊规则在线整定观测器增益参数β1和β2；其中，e0，e1分别为模糊变量；Δβ1，Δβ2为模糊规则输出量，代表观测器增益参数β1和β2的变化量；并在其各自论域上分别定义5个语言子集为{负大(NB)，负小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正大(PB)}；选择输入量e0和e1的隶属度函数为高斯型，输出量Δβ1和Δβ2的隶属度函数为三角形；由于e0实测值有一定抖动，故微分信号e1先经过增益环节然后输入到模糊控制器中；这里取e0，e1的基本论域分别为[-1,+1]和[-1,+1]；模糊推理采用Mamdani型，去模糊化算法采用加权平均法；模糊规则如表1所示；表1将表1中修正参数代入如下表达式，则有其中，β1'，β2'为整定后的观测器增益参数。进一步，所述步骤3中，选定e0的比例因子为0.01，e1比例因子为0.02，取Δβ1，Δβ2的基本论域分别为[-200,+200]和[-2000,+2000]；取k3为1/10000。本专利技术设计一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法，相比于传统的PI控制，提高了系统的鲁棒性以及抗干扰性。本专利技术的技术构思为：针对两端电压源型换流器高压直流输电系统是一个多输入、多输出的耦合时变的非线性的系统，运行规则原理尤为复杂，而传统的PI控制器抗干扰能力有限，并且参数无法随系统的机械和电气参数变化而作出调整等特点。本专利技术在系统中设计模糊自抗扰控制器，实现对直轴和交轴电流的解耦。设计扩张状态观测器环节估计系统不确定性及扰动并进行补偿，使得系统的鲁棒性和抗干扰性能力得到提高，同时设计模糊规则对扩张状态观测器参数进行整定，有效提高系统的鲁棒性以及抗干扰性。本专利技术的有益效果为：相比于传统的PI控制，本专利技术能实现功率的快速跟踪，提高系统的鲁棒性以及抗干扰性。附图说明图1为本专利技术的控制流程图；图2本专利技术的控制器结构图；图3为启动阶段，有功功率与无功功率的波形图；图4为三相短路故障阶段，有功功率与无功功率的波形图；图5为内部参数发生变化时，有功功率的波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。参照图1-图5，一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法，所述控制方法包括以下步骤：步骤1,建立两端电压源型换流器高压直流输电系统数学暂态模型；两端电压源型换流器高压直流输电系统数学暂态模型可表示成如下形式其中，d轴为电流直轴，q轴为电流交轴；usd，usq分别为交流源电压d和q轴分量；isd，isq分别为交流侧电流的d和q轴分量；ucd，ucq分别为换流站交流侧电压的d和q轴分量；ω为交流系统的角频率；R为换流变压器和电抗器的等效电阻；L为换流变压器和电抗器的等效电感；步骤2,设计自抗扰控制器，过程如下：2.1将式(1)变换为自抗扰控制器的规范化形式，即其中，由于在实际运行过程中，外部扰动不可避免，因此在考虑外部扰动以及参数不确定性的情况下，式(3)改写为其中，定义x1＝[isd,isq]T；y＝[y1,y2]T为系统的输出电流，y1，y2分别为d轴和q轴的输出电流；f(x)＝[f1,f2]T为系统已知扰动，f1，f2分别为d轴和q轴的系统已知扰动；w(t)为系统未知扰动；u＝[ucd,ucq]T为控制器的输出量；b1＝Δb+b0，b0为b1的估计值，一般根据经验获得，Δb为参数摄动值；2.2定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：步骤1,建立两端电压源型换流器高压直流输电系统数学暂态模型；两端电压源型换流器高压直流输电系统数学暂态模型可表示成如下形式

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：步骤1,建立两端电压源型换流器高压直流输电系统数学暂态模型；两端电压源型换流器高压直流输电系统数学暂态模型可表示成如下形式其中，d轴为电流直轴，q轴为电流交轴；usd，usq分别为交流源电压d和q轴分量；isd，isq分别为交流侧电流的d和q轴分量；ucd，ucq分别为换流站交流侧电压的d和q轴分量；ω为交流系统的角频率；R为换流变压器和电抗器的等效电阻；L为换流变压器和电抗器的等效电感；步骤2,设计自抗扰控制器，过程如下：2.1将式(1)变换为自抗扰控制器的规范化形式，即其中，在考虑外部扰动以及参数不确定性的情况下，式(3)改写为其中，定义状态变量x1＝[isd,isq]T；y＝[y1,y2]T为系统的输出电流，y1，y2分别为d轴和q轴的输出电流；f(x)＝[f1,f2]T为系统已知扰动，f1，f2分别为d轴和q轴的系统已知扰动；w(t)为系统未知扰动；u＝[ucd,ucq]T为控制器的输出量；b1＝Δb+b0，b0为b1的估计值，一般根据经验获得，Δb为参数摄动值；2.2定义x2＝d＝[d1,d2]T＝w(t)+Δbu为系统总扰动；其中d1，d2分别为d轴和q轴的系统扰动及不确定项；由于式(4)看作两个一阶系统，因此在自抗扰控制器只需设计扩张状态观测器与非线性反馈控制律；2.3设计扩张状态观测器其中，z1，z3分别为y1和y2的观测信号；ed，eq为观测误差信号；z2，z4分别为d1和d2的观测信号；β1，β2分别为正的观测器增益系数；g(e)为非线性函数形式，即2.4设计非线...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，骆甲珣，王晶，周丹，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33