[发明专利]一种基于ziegler-nichols方法的柔性直流输电控制策略

说明书

本发明提出一种基于ziegler‑nichols方法的柔性直流输电控制策略。控制系统采用PI控制器进行调节，针对不同的暂态条件，采用ziegler‑nichols方法选择控制器增益。通过计算得到的控制器增益被用于具有减小测量电流传感器拓扑的PI调节方法中。这种控制方法保证了在负载扰动、电压骤降等瞬态情况下，系统能接近单位功率因数运行，最后在matlab/simulink环境下对系统进行了设计、建模和仿真，仿真波形结果验证了该控制方案的有效性。

技术领域

本发明涉及一种基于ziegler-nichols方法的柔性直流输电控制策略，属于柔性直流输电技术领域。

背景技术

与高压交流系统相比，高压直流输电系统具有效率高、功率密度大等优点，是一种较好的选择。高压直流输电系统由电流源换流器(CSC)或电压源换流器(VSC)供电。VSC因结构紧凑、重量轻、安装调试周期短、运行维护成本低、控制灵活而最受欢迎的。由于这些理想的特性，VSC通常用在背靠背高压直流输电系统中。

柔性直流输电技术与传统的线路换流器(LCC)高压直流技术相比，在多终端系统中具有明显的优势。但柔性直流输电仍有许多问题亟待解决的是：1)具有直流短路故障电流清除能力的电压源换流器拓扑结构；2)高压直流断路器技术；3)直流电网运行的基础理论及控制保护技术。高压直流输电系统大部分应用在风力发电技术领域，从电压骤降幅度、并网运行时间两方面来看，英国、美国分别要求风电机组能够在并网点电压跌落至15％额定值时持续并网运行140ms和625ms不脱网，而澳大利亚要求在电压跌落为零的条件下持续运行120ms不脱网，即实现零电压穿越。尽管的VSC-HVDC超级电网仍存在一些障碍，但技术正逐渐成熟，朝着一个合理可行的替代方案发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在保证了在负载扰动、电压骤降等瞬态情况下，系统能接近单位功率因数运行的基于ziegler-nichols方法的柔性直流输电控制策略。

实现本发明目的的技术方案是提供一种基于ziegler-nichols方法的柔性直流输电控制策略，具体包括如下步骤：

步骤一：采用具有减少电流测量传感器的系统模型；

步骤二：系统采用电流双环控制方法；

步骤三：采用Zieglerr-Nichols方法整定电流内环，电压外环的PI参数；

步骤四：设计控制器增益，对系统进行MATLAB仿真。

进一步的，步骤一中，采用具有减少电流测量传感器的系统模型：

基于背靠背柔性直流输电的18脉波电压源换流器系统，用两个传感器测量三相电流；用基尔霍夫电流定律来测量三相电流，由公式计算可得：

I_A＝-(I_B+I_C) (1)

其中I_A，I_B，I_C分别是A，B，C三相电流。

更进一步的，步骤二中，背靠背18脉波换流器柔性直流输电系统采用电流双环控制方法：

电流双环控制方法如下：

柔性直流输电系统采用的电流双环控制方法；控制方案包括电压控制器、参考电流控制器、脉冲宽度调制电流发生器控制方案；

电压控制器控制方案：

电压控制器是比例积分控制器，它密切控制电压误差v_e，并产生控制信号以使电压误差最小化；如果在第k个瞬间，是参考的直流链路电压，v_dc是实际测得的直流链路电压，则电压误差估计为，