[发明专利]一种VSC‑HVDC控制系统的PI参数整定方法

说明书

技术领域

本发明是在采用矢量电流控制的VSC-HVDC控制系统中，其内、外环PI调节器参数的相应整定方法，尤其是涉及一种VSC-HVDC控制系统的PI参数整定方法。

背景技术

随着电力电子器件和控制技术的不断发展，相比交流输电技术和传统的直流输电技术，采用VCS-HVDC技术在技术、经济上具有更多的优势。适合应用于可再生能源并网、孤岛供电、交流电网互联、城市电网供电。

VSC-HVDC的运行性能和控制系统采用的控制策略紧密相关，而控制策略的好坏和控制参数的选择有很大关系。因此合适的控制参数对于控制系统良好的运行性能具有十分重要的意义。

VSC-HVDC常用的控制策略是矢量电流控制，其电流内环和功率、电压外环均采用PI调节器进行串联校正，目前对于VSC-HVDC控制系统的PI参数整定的方法较少，已经存在的方法也不完善。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种从系统的稳态误差，上升时间，抗干扰性能等三个性能指标方面考虑，使得控制系统拥有良好的静态和动态性能的一种VSC-HVDC控制系统的PI参数整定方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种VSC-HVDC控制系统的PI参数整定方法，其特征在于，定义

一个电流内环的开环传递函数模型：该模型为PI调节器传递函数，换流器传递函数以及受控对象传递函数三个传递函数的乘积；

一个功率外环的开环传递函数模型：该模型为PI调节器，等效的电流内环的闭环传递函数，受控对象三个传递函数的乘积；

以及一个直流电压外环的开环传递函数模型：该模型均为I调节器，等效的电流内环的闭环传递函数，受控对象的乘积；

具体包括：

一个将电流内环设计为典型的I型环节整定PI调节器的参数的步骤：定义PI调节器传递函数为：换流器传递函数为：受控对象传递函数为：此处K_p和T_i分别为内环PI调节器的比例系数和时间常数，T_a＝1/2f_switch，f_switch为换流器的开关频率，R为VSC功率损耗的等效电阻，τ＝L/R，L为联结变压器和换流电抗器的等效电感；并得到电流内环PI调节器的比例系数K_p和时间常数T_i分别为：T_i＝τ，ξ为阻尼比；

一个将功率外环设计为典型的一阶环节整定PI调节器的参数的步骤：定义PI控制器传递函数为：等效的电流内环的闭环传递函数为：受控对象传递函数为：其中K_p和T_i分别为功率外环PI调节器的比例系数和时间常数，T_eq为将电流内环等效为一阶惯性环节时对应的等效时间常数，U_sd＝U_s，U_s为换流器的交流侧电压幅值；得到的PI调节器的比例系数K_p和时间常数T_i分别为：T_i＝4T_aξ²；ξ为阻尼比；

一个将直流电压外环设计为典型的II型环节整定PI调节器的参数的步骤：定义PI控制器传递函数为：等效的电流内环的闭环传递函数为：受控对象传递函数为：其中，K_p和T_i分别为直流电压外环PI调节器的比例系数和时间常数，T_eq为将电流内环等效为一阶惯性环节时对应的等效时间常数，m为换流器的调制度，C为直流侧并联电容大小；得到的PI调节器的比例系数K_p和时间常数T_i分别为：T_i＝4hT_aξ²；ξ为阻尼比；h为中频带宽。

因此，本发明具有如下优点：本发明对于每种类型PI参数的整定只需调整每个公式里的相应变量即可使系统满足一定的动态和静态性能要求，不需要每次从头到尾整定一遍，简单且易于实现。

附图说明

附图1为电流内环控制框图。

附图2为功率外环控制框图。

附图3为直流电压外环控制框图。

附图4为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：