基于H∞鲁棒控制的MMC-HVDC系统高频振荡抑制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于H

【技术实现步骤摘要】
基于H
∞
鲁棒控制的MMC
‑
HVDC系统高频振荡抑制方法


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电
、特别涉及到MMC
‑
HVDC系统的高频振荡抑制策略。

技术介绍

[0002]近年来，基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流输电技术凭借其输出谐波含量少、模块化程度高以及输送容量大等优势，成为远距离电力传输的重要输电方式。随着MMC
‑
HVDC工程的推进，国内外发生了多起由链路延时引发的高频振荡事故，例如2017年鲁西直流输电工程发生了1270Hz的高频振荡，2018年渝鄂背靠背柔性直流工程在空载加压调试中，渝、鄂两侧分别发生了700Hz和1.8kHz的高频振荡事故。MMC
‑
HVDC系统高频振荡产生的高频谐波分量恶化了电能质量，进一步降低了电力电子器件的使用寿命，严重情况下将导致换流站闭锁，进一步加剧对交流电网的冲击。因此，MMC
‑
HVDC系统的高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统的安全稳定运行有着重要的工程意义。
[0003]现有MMC
‑
HVDC系统的高频振荡抑制策略可分为以下四大类：
[0004]1、在PCC点并联无源滤波装置的高频振荡抑制策略。该方法通过在PCC点并联无源滤波装置，校正MMC
‑
HVDC互联系统的阻抗特性，缩小系统的负阻尼频率范围。该方法的物理意义较为明显，并且能够在较大频率范围内改善MMC
‑
HVDC互联系统的阻抗特性，但是存在占地面积大、经济性差等问题。
[0005]2、在电网电压前馈回路投入滤波器的高频振荡抑制策略。该方法通过在电网电压前馈回路投入滤波器改善MMC换流站的阻抗特性，达到抑制系统高频振荡的目的。该方法较为简单，便于工程应用，但是难以在较大频率范围内协调MMC换流站的阻抗特性，可能会转移MMC
‑
HVDC系统的高频振荡风险频段，并且还可能会影响MMC
‑
HVDC系统的暂态特性。
[0006]3、改进MMC换流站控制结构的高频振荡抑制策略。该方法一般是在电流内环控制中引入虚拟阻尼控制器，等效增大MMC换流站在振荡频段的阻尼，达到抑制MMC
‑
HVDC系统高频振荡的目的。改进MMC换流站控制结构会额外增加电流内环控制的复杂程度，并且引入的虚拟阻尼控制器参数选择较为复杂，增加了参数整定的工作量。
[0007]4、优化MMC换流站控制器参数的高频振荡抑制策略。优化与MMC
‑
HVDC系统高频振荡强相关的控制器参数可有效提高系统的高频稳定性。由现有研究可知，电流内环比例系数对MMC
‑
HVDC系统的高频稳定性有重要影响，减小电流内环比例系数能够矫正MMC换流站的阻抗特性，提高系统的高频稳定性。该方法无需附加滤波装置以及虚拟阻尼控制器，降低了建设成本和控制系统的复杂程度，但是过小的电流内环比例系数会对系统的暂态特性造成影响。

技术实现思路

[0008]本专利技术提出了一种基于H
∞
鲁棒控制的MMC
‑
HVDC系统高频振荡抑制方法。将MMC
‑
HVDC系统链路延时对系统的影响等效为干扰，通过混合灵敏度优化设计出H
∞
鲁棒控制器，将求解出的H
∞
鲁棒控制器加入到电流内环控制中，利用H
∞
鲁棒控制器的抗干扰能力和鲁棒稳定性抑制MMC
‑
HVDC系统的高频振荡，特别适用于链路延时较长的柔性直流输电系统。本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种基于H
∞
鲁棒控制的MMC
‑
HVDC系统高频振荡抑制方法，其特征在于，通过模型等效变换将MMC
‑
HVDC系统链路延时对系统的影响等效为干扰，建立电流内环控制混合灵敏度问题的模型，通过混合灵敏度优化求解H
∞
鲁棒控制器；在电流内环控制中加入求解的H
∞
鲁棒控制器，应用H
∞
鲁棒控制器抑制MMC
‑
HVDC系统的高频振荡；其中，H
∞
鲁棒控制器的输入信号为d、q轴电流参考值和交流电流d、q轴分量的偏差，输出信号经过d、q轴电流内环PI控制器后与d、q轴电网电压前馈项、电流交叉耦合项叠加生成d、q轴控制信号参考值；步骤如下：
[0010](1)将MMC
‑
HVDC系统的各部分链路延时等效为一个总的延时环节，考虑系统延时后，MMC换流站接收到的控制信号u
vd
与电流内环控制生成的控制信号参考值u
vdref
满足其中τ为MMC
‑
HVDC系统的总链路延时；此时MMC换流站的输入信号等效为电流内环控制生成的控制信号参考值u
vdref
和干扰输入信号u
vdref
(e
‑
τs
‑
1)。
[0011](2)将MMC换流站的干扰输入信号u
vdref
(e
‑
τs
‑
1)等效到输出端，将电流内环控制和MMC数学模型中的电网电压前馈项和交叉耦合项对消，将MMC
‑
HVDC系统的电流内环控制等效为带有干扰信号的无时滞反馈控制系统。
[0012](3)将电流内环PI控制器和MMC的数学模型G(s)＝1/(sL
eq
+R
eq
)视为被控对象G
eq
(s)，其中L
eq
和R
eq
分别为PCC点电压与MMC调制点电压之间的等效电感和等效电阻；引入待设计的H
∞
鲁棒控制器K(s)以及加权函数W1、W2、W3后，构建电流内环控制混合灵敏度问题的模型，其中加权函数W1、W2、W3的输出信号分别为混合灵敏度问题的被控输出信号z1、z2、z3，也称性能评价信号。
[0013](4)根据电流内环控制混合灵敏度问题的模型，灵敏度函数S、输入灵敏度函数R和补灵敏度函数T的表达式为：
[0014][0015]式中，r为d轴电流内环控制的参考输入信号I
dref
；e
d
为跟踪误差信号；u
d
为控制信号；d为系统链路延时引入的干扰信号；y
m
为d轴电流内环控制的输出信号i
cd
。
[0016]电流内环参考输入信号到被控输出信号z＝[z1，z2，z3]T
的闭环传递函数为Φ，即混合灵敏度优化目标函数为：
[0017][0018](5)选择加权函数W1、W2、W3，通过混合灵敏度优化求解出最优H
∞
鲁棒控制器K(s)。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于H
∞
鲁棒控制的MMC
‑
HVDC系统高频振荡抑制方法，其特征在于，通过模型等效变换将MMC
‑
HVDC系统链路延时对系统的影响等效为干扰，建立电流内环控制混合灵敏度问题的模型，通过混合灵敏度优化求解H
∞
鲁棒控制器；在电流内环控制中加入求解的H
∞
鲁棒控制器，应用H
∞
鲁棒控制器抑制MMC
‑
HVDC系统的高频振荡；其中，H
∞
鲁棒控制器的输入信号为d、q轴电流参考值和交流电流d、q轴分量的偏差，输出信号经过d、q轴电流内环PI控制器后与d、q轴电网电压前馈项、电流交叉耦合项叠加生成d、q轴控制信号参考值。步骤如下：(1)将MMC
‑
HVDC系统的各部分链路延时等效为一个总的延时环节，考虑系统延时后，MMC换流站接收到的控制信号u
vd
与电流内环控制生成的控制信号参考值u
vdref
满足其中τ为MMC
‑
HVDC系统的总链路延时；此时MMC换流站的输入信号等效为电流内环控制生成的控制信号参考值u
vdref
和干扰输入信号u
vdref
(e
‑
τs
‑
1)；(2)将MMC换流站的干扰输入信号u
vdref
(e
‑
τs
‑
1)等效到输出端，将电流内环控制和MMC数学模型中的电网电压前馈项和交叉耦合项对消，将MMC
‑
HVDC系统的电流内环控制等效为带有干扰信号的无时滞反馈控制系统；(3)将电流内环PI控制器和MMC的数学模型G(s)＝1/(sL
eq
+R
eq
)视为被控对象G
eq

【专利技术属性】
技术研发人员：张芳，姚文鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：