[发明专利]一种柔性直流输电系统自抗扰控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及直流输电技术领域，特别涉及柔性直流输电系统中的自抗扰控制方法。

背景技术

传统高压直流输电（HVDC）具有诸多交流输电无可比拟的优点，例如输送容量不受稳定性限制，可以实现非同步联网，线路基本不存在容性电流，不需要无功补偿等。但由于传统HVDC采用晶闸管作为换流器件，而晶闸管属于半控型器件，关断时需要交流侧提供反向电压，这就要求它所连接交流端必须为有源网络；同时HVDC在逆变运行时，容易发生换相失败等故障。

柔性直流输电即基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)，是采用PWM技术和可关断型电力电子器件（如IGBT）的新型直流输电技术。它既可以实现有功功率和无功功率的独立控制，又能进行定交流电压和定直流电压控制。在潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性不变，且换流器之间无需通信，有利于构成并联多端直流输电系统。由于VSC为可关断器件，所以VSC-HVDC最显著的特点就是可以工作在无源逆变方式，即受端系统可以是无源网络，这使得直流输电为远端孤立负荷供电成为可能。

向无源网络供电VSC-HVDC系统逆变侧采用定交流电压控制，用以稳定负荷电压，提高供电电压质量。定交流电压控制策略通常采用基于PID调节器的双闭环矢量控制，外环为电压控制，内环为电流解耦控制。对于VSC-HVDC这样一个多变量、强耦合、非线性的系统，PID调节器难以满足实际系统在不同工况下的要求，主要存在以下缺点：

（1）闭环系统的动态性能对PID参数的变化非常敏感。所以，当被控对象所处的环境发生变化时，PID参数就需要作相应调整。

（2）由于PID控制直接把给定信号与被控对象实际输出之间的误差作为要补偿的信号，这样常常导致在开始运行时PID控制器输出的控制量                                                过大，使得被控对象实际输出信号出现超调。

（3）PID控制是一种线性组合，很难满足实际工程中非线性系统对高性能控制的要求。

（4）当系统受到随机扰动作用时，PID控制并不能达到明显的控制效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种柔性直流输电系统自抗扰控制方法，以满足实际系统在不同工况下的控制要求。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种柔性直流输电系统自抗扰控制方法，所述方法在柔性直流输电系统的直流输电线路首端设置整流器控制器，对交流系统侧的整流器进行定直流电压控制，直流输电线路末端设置逆变器控制器，对逆变器进行定交流电压控制，所述逆变器定交流电压控制采用双闭环矢量控制策略，其中电压外环采用自抗扰控制器（ADRC）控制，内环为电流解耦控制。

上述柔性直流输电系统自抗扰控制方法，将逆变器交流侧母线电压定向到d轴方向，则此时；

所述逆变器定交流电压ADRC控制的具体步骤如下：

a. 电压有效值计算模块实时计算逆变器交流侧母线电压有效值，同时给定交流母线电压参考值；

b.将和输入ADRC控制器，ADRC控制器输出d轴交流电流参考值；

c.给定逆变器交流侧母线电压q轴分量，将三相交流电压实际值进行3s/2r坐标变换，得到其q轴分量，进而得到交流电压q轴分量的误差信号；

d.将交流电压q轴分量的误差信号输入PI调节器，PI调节器输出q轴交流电流参考值；

e.将和输入内环电流解耦控制器，得到d轴交流电压参考值和q轴交流电压参考值；

f.和经过两相旋转坐标系到两相静止坐标系的坐标变换（2r/2s），得到两相静止坐标系（坐标系）下的d轴交流电压参考值和q轴交流电压参考值；

g.采用电压空间矢量调制（SVPWM）方法对和进行处理，所得到的6路PWM信号分别控制逆变器的6个IGBT运行。

上述柔性直流输电系统自抗扰控制方法，所述ADRC控制器中，跟踪－微分器TD的输入信号为给定交流母线电压参考值，输出信号为的跟踪信号，设计的TD数学模型如下： 

，

其中， ，

为速度因子，决定跟踪的速度；为滤波因子，对噪声起滤波作用。

上述柔性直流输电系统自抗扰控制方法，所述ADRC控制器中，扩张状态观测器ESO的输入信号为实际交流电压有效值和控制量，设计的ESO数学模型如下： 

，