[发明专利]一种风电场并网的无源滑模控制方法

说明书

本发明提出一种风电场并网的无源滑模控制方法。本发明通过构造VSC‑HVDC系统期望的平衡点，得到闭环系统期望的Hamilton函数，得出了基于PCHD模型的VSC‑HVDC系统的无源控制方法，并且在此基础上，选取系统相应的滑模面，加入辅助滑模控制，得到了基于PCHD模型的VSC‑HVDC系统的无源滑模控制方法，本发明在借助了控制方法设计的简便性，提高了系统的鲁棒性。

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化领域，特别涉及一种风电场并网的无源滑模控制方法。

背景技术

风力发电可以作为一个小的供电系统运行，也可以作为一种常规的电网电源。随着风力发电容量的日益扩大，风力发电越来越多的接入电网，风电的并网运行也成为大规模利用风能的最有效方式。在国家能源战略的推动下，风电由小规模开发、分布式接入电网向大规模开发、集中式远距离高压输电接入电网的方向发展。对于百兆瓦以上的风电场功率传输，电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)系统具有明显的经济技术优势，因此越来越多的工程将其作为首选并网方案。但风电固有的波动性和间歇性会影响电网的稳定运行，为解决这一问题，需要在已有研究基础上对适合风电场并网的VSC-HVDC系统控制方法做进一步研究。

对于我国来说，可再生能源丰富的地方多在偏远地区且负荷用量较少，而负荷集中区与这些地方距离较远，多端VSC-HVDC系统能够较好地解决将偏远地区的可再生能源发电传输至负荷集中区的问题。那么，如何经济、高效地传输至负荷区，需要对于VSC-HVDC系统级控制及调度指令做更为全面地优化分析。

柔性直流输电技术具有灵活的无功功率和电压的调节能力，可改善风电场接入系统的电能质量。相对于传统的直流输电技术，VSC-HVDC具有以下特点：不存在传统直流输电的换相失败问题；可独立控制有功功率和无功功率；能够为交流系统提供一定的无功补偿，进而改善系统的电能质量；直流侧电压极性不变，便于连接多个换流器，为以后风电场的扩建提供了便利。柔性直流输电技术的以上特点，为风电并网提供了一种可行的方案。

随着IGBT，GTO等电力电子器件的发展，全控型器件的容量的不断提升以及性能的不断改进，VSC-HVDC将会越来越多的应用于风电场的联网以及系统间的互联。在基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)工程实际控制中，比例积分(PI)控制器处于主导地位，但是PI控制器在面对系统内部和外部扰动时不能表现出良好的性能。其中最主要的原因是VSC-HVDC是一个复杂的非线性、多输人多输出系统，而传统的PI控制策略是基于线性的。随着非线性控制理论和智能控制理论的发展，已经有很多学者将其应用到VSC-HVDC系统的控制中，例如反馈线性化理论、滑模控制理论、自适应控制理论等。近年来，学者们尝试将无源控制理论运用到VSC-HVDC系统的控制中，取得了一些成果。

VSC-HVDC是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点。它的“柔性”就表现在它能根据电流情况自适应地调节电能质量，从而快速、灵活地调节其输出功率。目前，国内已基本上实现了柔性直流输电的理论研究，但对柔性直流输电的控制策略研究不够深入，缺乏仿真实验，尤其是在风电场的并网方面。因此，本发明专利提出了一种设基于端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型的无源控制方法，然后加入辅助滑模控制来提高其鲁棒性。

发明内容

本发明的目的是改进VSC-HVDC的控制策略，使柔性直流输电系统在不同运行条件下具有更好的动静态性能与鲁棒性。

为了解决上述技术问题，本发明提成一种风电场并网的无源滑模控制方法，具体步骤为：

步骤1、根据两端三电平VSC-HVDC的系统的拓扑结构，建立VSC-HVDC系统一端换流器在a-b-c三相静止坐标系下的数学模型，通过Park变换，得到VSC-HVDC系统一端换流器在d-q旋转坐标系下的数学模型；