一种风电场经VSC-HVDC系统并网的无源滑模控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风电场经VSC‑HVDC系统并网的无源滑模控制方法，包括以步骤：建立VSC‑HVDC系统的换流器在a‑b‑c三相静止坐标系下的数学模型，通过park变换，得到d‑q同步旋转坐标系下的数学模型；建立VSC‑HVDC系统的PCHD模型；针对VSC‑HVDC系统中换流站的PCHD模型，设计VSC‑HVDC系统中换流站的无源控制器；在无源控制器的基础上增加滑模变结构控制，得到VSC‑HVDC系统的无源滑模控制器。本发明专利技术在无源控制策略的基础上加入滑模变结构控制策略，提高系统的鲁棒性，改善系统在扰动下的运行性能，使得控制器能更快速、有效地作用于VSC‑HVDC输电系统。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场经VSC-HVDC系统并网的无源滑模控制方法
本专利技术属于电力系统及其自动化领域，特别是一种风电场经VSC-HVDC系统并网的无源滑模控制方法。
技术介绍
现代化电力系统发展迅速，一方面尽可能满足全社会对电能的需求，保证社会经济的高速发展，另一方面也带来一系列挑战，如系统规划与资源配置优化问题、大电网的安全稳定运行问题、潮流控制和经济调度问题等，其中如何最大限度地提高电网输送容量、提高系统稳定性和可靠性、有效限制系统短路电流水平这几个问题已越来越突出并备受关注。现有的交流输电系统在传统机械式控制方法下难以满足潮流控制和提高输电容量的需要。20世纪70年代后，以大功率器件为基础的电力电子技术发展迅猛，并与计算机信息技术和控制理论相结合，为解决上述问题提供了一个新的方向。柔性交流输电系统技术可以对电网进行快速、频繁、连续、灵活和精确的控制，从而与发电机的各种快速控制相匹配，大大提高了电力系统的潮流控制能力和各种动态性能，从而将传统的依赖于机械开关的“硬性”交流输电系统升级为融合大功率电力电子技术、计算机信息技术和先进控制技术的“柔性”交流输电系统。全控型电力电子器件容量的快速提升以及成本的降低，加之大力发展风电等新能源发电所带来的并网输电技术升级的契机，VSC-HVDC(Voltage-SourceConverterHigh-VoltageDirectCurrent)输电技术在我国已呈现出应用需求增加、应用容量提升的新趋势。随着风力发电容量和输送距离的不断增加，如何将发出的电能以较好的经济性和稳定性输送到电网是近些年来国内外研究的重点，将基于电压源换流器的柔性直流输电应用于风电并网系统中，具有诸多不可替代的技术和经济方面的优势。与传统的直流输电不同，VSC-HVDC是一种以电压源型换流器(VSC)、可关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型柔性直流输电技术。该技术采用基于脉宽调制技术的方法，能够灵活独立地控制有功功率和无功功率。换流站的整流器和逆变器具有良好的控制性能是VSC-HVDC系统安全稳定运行的保证，因此，VSC-HVDC换流器的控制成为核心问题备受关注，其控制方式分为间接电流控制和直接电流控制。其中间接电流控制具有控制结构简单、系统动态响应速度慢、对参数变化灵敏等缺点，直接电流控制应用较多。直接电流控制也具有控制器参数固定、调节能力有限、鲁棒性较差等缺点。因此，需要提出一种新的控制策略，实现柔性直流输电系统稳定的大容量长距离输电。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种风电场经VSC-HVDC系统并网的无源滑模控制方法，使柔性直流输电系统在系统出现扰动情况下提高系统的鲁棒性和抗干扰能力。实现本专利技术目的的技术方案为：一种风电场经VSC-HVDC系统并网的无源滑模控制方法，包括以步骤：步骤一、建立VSC-HVDC系统的换流器在a-b-c三相静止坐标系下的数学模型，通过park变换，得到d-q同步旋转坐标系下的数学模型；步骤二、按照PCHD模型的标准形式，建立VSC-HVDC系统的PCHD模型，并验证基于PCHD模型的VSC-HVDC系统的无源性；步骤三、针对VSC-HVDC系统中换流站的PCHD模型，配置希望的互联和阻尼矩阵，设计VSC-HVDC系统中换流站的无源控制器结构；步骤四、在无源控制器的基础上增加滑模变结构控制，得到VSC-HVDC系统的无源滑模控制器。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本专利技术从系统能量函数的耗散特性出发构造Lyapunov函数，符合Lyapunov稳定理论，具有明确的物理意义，充分利用这种特性可以得到理想的控制器；(2)哈密顿方程具有一般的仿射非线性结构，基于PCHD模型所设计的控制器本质为一种非线性控制方法，对VSC-HVDC系统的非线性特性具有针对性；(3)借用滑模控制的鲁棒性和简便性，进一步优化了无源控制器的性能，提高系统的抗干扰性，稳定机理一目了然，具有较高的工程实用价值。附图说明图1是本专利技术基于VSC-HVDC的风电场并网控制策略的流程图。图2是本专利技术风电场经VSC-HVDC并网系统的拓扑结构图。图3是本专利技术风场侧电压源换流器的电路结构图。图4是本专利技术基于PCHD模型的无源滑模控制原理图。具体实施方式一种风电场经VSC-HVDC系统并网的无源滑模控制方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤一、建立VSC-HVDC系统风场侧换流站在a-b-c三相静止坐标系下的数学模型，通过park变换，得到的d-q同步旋转坐标系下的数学模型；步骤二、按照PCHD模型的标准形式，建立VSC-HVDC系统风场侧换流站的PCHD模型，并验证基于PCHD模型的VSC-HVDC系统的无源性；步骤三、针对VSC-HVDC系统风场侧换流站的PCHD模型，配置希望的互联和阻尼矩阵，设计换流站的无源控制算法；步骤四、为进一步提高VSC-HVDC系统的魯棒性，结合滑模控制的设计方法，设计一种无源滑模控制方法，在上述PCHD模型的基础上加入滑模控制，设计VSC-HVDC系统两侧换流站的无源滑模控制方法。进一步，步骤一中，以风场侧换流站为例，电网侧换流站结构及设计方法与风场侧换流站相同，根据VSC-HVDC系统的拓扑结构和电压源换流器的电路结构，建立VSC-HVDC系统风场侧换流站在abc三相静止同步坐标系下的数学模型，通过park变换，推导出在dq旋转坐标系下的数学模型，并得出在dq坐标系下的有功功率和无功功率的表达式，当d轴定位在公共连接点PCC处电压相量上时，对id和iq进行独立控制，进而实现有功功率和无功功率的解耦控制。如图2所示，风场侧输电线路与变压器的等效电阻和电感分别为R1和L1，电网侧输电线路与变压器的等效电阻和电感分别为R2和L2，us1、us2和is1、is2分别为系统两端交流系统的母线三相基波电压和三相基波电流，uc1、uc2分别为风场侧换流站VSC1和电网侧换流站VSC2的三相基波电压，C1、C2分别为直流侧电容，Rdc为直流输电线路的等效电阻；Udc1、Udc2分别为VSC1和电VSC2的直流侧电压，id1、id2分别为VSC1和VSC2的直流侧流出、流入的电流；idc为直流输电线路电流；P1、Q1分别为风场侧VSC1的有功功率和无功功率；P2、Q2分别为电网侧VSC2的有功功率和无功功率。VSC-HVDC系统风场侧换流站abc三相静止坐标系下的数学模型为：式(1)中si表示开关函数，如图3所示，us1a、us1b、us1c分别表示风场侧交流母线电压us1的三相电压值，is1a、is1b、is1c分别表示风场侧电流is1的三相电流值，uc1a、uc1b、uc1c分别表示风场侧换流站VSC1电压uc1的三相电压值。由Park矢量变换矩阵及其逆变换矩阵将换流器三相静止坐标系下的数学模型(式(1))变换得到dq同步旋转坐标系下的数学模型为：式(2)中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电场经VSC-HVDC系统并网的无源滑模控制方法，其特征在于，包括以步骤：/n步骤一、建立VSC-HVDC系统换流器在a-b-c三相静止坐标系下的数学模型，通过park变换，得到d-q同步旋转坐标系下的数学模型；/n步骤二、按照PCHD模型的标准形式，建立VSC-HVDC系统的PCHD模型，并验证基于PCHD模型的VSC-HVDC系统的无源性；/n步骤三、针对VSC-HVDC系统中换流站的PCHD模型，配置互联和阻尼矩阵，设计VSC-HVDC系统中换流站的无源控制器；/n步骤四、在无源控制器的基础上增加滑模变结构控制，得到VSC-HVDC系统的无源滑模控制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种风电场经VSC-HVDC系统并网的无源滑模控制方法，其特征在于，包括以步骤：
步骤一、建立VSC-HVDC系统换流器在a-b-c三相静止坐标系下的数学模型，通过park变换，得到d-q同步旋转坐标系下的数学模型；
步骤二、按照PCHD模型的标准形式，建立VSC-HVDC系统的PCHD模型，并验证基于PCHD模型的VSC-HVDC系统的无源性；
步骤三、针对VSC-HVDC系统中换流站的PCHD模型，配置互联和阻尼矩阵，设计VSC-HVDC系统中换流站的无源控制器；
步骤四、在无源控制器的基础上增加滑模变结构控制，得到VSC-HVDC系统的无源滑模控制器。


2.根据权利要求1所述的风电场经VSC-HVDC系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁裕婷，王一娉，都洪基，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32