[发明专利]超特高压磁控式并联电抗器恒功率逆模型控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种超特高压磁控式并联电抗器恒功率逆模型控制方法，可应用于非线性元件的动态控制，特别是磁控式并联电抗器的恒功率控制。

背景技术

随着三峡水利枢纽电站，酒泉千万千瓦级风电基地、青海/甘肃大规模光伏电站的相继启动建设，我国交流电力系统骨干网架宜采用超/特高压紧凑型线路实现远距离、大容量的输电，充分发挥电网大范围优化能源资源配置的重要作用；促进一次能源的高效集约开发和利用；缓解能源和环境对国民经济发展的制约。

超/特高压交流输电线路的容性充电功率巨大、潮流变化剧烈以及有限的绝缘裕度给系统的无功调节、过电压抑制造成了巨大的挑战，在线路突然发生甩负荷或开断时，接在变压器中低压绕组侧的传统无功补偿装置被同时切除，无法实现动态补偿。高压磁控式并联电抗器(magnetically controlled shunt reactor，MCSR)能够简化超/特高压电网中的系统无功电压控制、抑制工频过电压、动态补偿线路充电功率等，具有非常广阔的应用前景。

磁控式并联电抗器具有容量可大范围连续调节(从空载到满载的调节率均可达到90％以上)、高次谐波和有功损耗较小、可靠性高、应用较少的电力电子器件，结构简单、综合成本低的显著特点，技术比较成熟，国内目前研究和工程应用的主要类型。

尚未磁控式并联电抗器恒功率控制设计方法研究见诸文献，本发明以分解建模和自适应逆控制原理为设计思想，并基于系统辨识法，提出一种磁控式并联电抗器的恒功率逆函数控制系统的建模方法，对磁控式并联电抗器的非线性元件部分和外在系统的动态影响进行了分解建模，对磁控式并联电抗器的非线性结构原理进行了推理分析，推导出描述非线性磁路特性的逆对象方程，并根据“阿贝耳定理”对非线性方程进行泰勒展开，以解析解形式求出控制系统需要的励磁电流，建立了逆对象传递函数；又根据外在电力系统与磁控式并联电抗器的相关性，建立恒功率的回归方程，无需迭代计算，提高了控制系统的调控速度，最大程度上兼顾了模型精度和高阶非线性方程的可解性，建立的反馈控制系统有自适应性和误差容忍的健壮特性，能够减少包括模型误差在内的不确定性因素的影响。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提出了一种超特高压磁控式并联电抗器恒功率逆模型控制方法，采用“分解建模”的设计思想，对磁控式并联电抗器的非线性元件部分和外在系统的动态影响分别建模。分析了磁控式并联电抗器的磁路结构原理，建立了描述非线性磁路特性的逆对象方程，以反双曲函数描述饱和磁路特性，并根据“阿贝耳定理”对非线性方程进行泰勒展开，以解析解形式求出控制系统需要的励磁电流，又根据外在电力系统与磁控式并联电抗器的相关性，建立了逆对象传递函数。已在电力系统全数字实时仿真装置(Advanced Digital Power System Simulator-ADPSS)中编程实现了控制模块的工程化应用，并以磁控式并联电抗器实际运行参数搭建算例，验证了控制系统的有效性和实用性。控制方法也为其他非线性元件控制器的设计开创了新的思路。

本发明的一种超特高压磁控式并联电抗器恒功率逆模型控制方法，包括以下步骤：

(1)分析磁控式并联电抗器的磁路结构，以反双曲函数描述饱和磁路特性，建立描述非线性磁路特性的磁控式并联电抗器逆对象方程：

磁控式并联电抗器利用交直流混合励磁的特性来改变铁心的饱和程度，主磁路心柱中包括两个绕组，U₁、U₂是交流网侧绕组，U_d1、U_d2是直流绕组电压，由于不同磁路的磁导率不同，磁通所在的两个主磁路的磁阻承担整个系统中主要的励磁磁动势；其中，电阻为r，电流为I，H是磁场强度，μ是磁导率，φ是交流电压初相位；d表示直流量；交直流混合励磁磁动势F_m1和F_m2在中间两主磁路上产生，同时也造成了主磁路的磁饱和，磁路磁阻分别为R_m1和R_m2，根据磁通连续定律，饱和磁通在a点分解为和磁路磁阻分别为R_m3和R_m5；饱和磁通在b点分解为和磁路磁阻分别为R_m4和R_m5；上述各个变量的下标1，2分别表示左心柱和右心柱绕组侧，下标3，4，5表示旁轭磁路，根据磁阻定义有：