[发明专利]一种基于模型预测控制的换相失败控制方法

说明书

本发明公开了一种基于模型预测控制的换相失败控制方法，首先，当换流母线电压波形畸变后，利用最小二乘的方法对谐波参数进行拟合，通过拟合的参数计算线电压过零点偏移角度，基于上述参数建立电压波形与触发角及关断角的关联关系模型，通过滚动优化实时预测触发角信号改变量，并根据每次换相的调节偏差量进行反馈校正对下次换相的触发角进行修正，实现精确控制，最终确定该工况下最优触发角度，避免换相失败和逆变器闭锁事件的发生，进而保证高压直流输电系统和交直流混联电力系统的安全运行。

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及高压直流输电领域，具体涉及一种基于模型预测控制的换相失败控制方法。

背景技术

在我国，大规模远距离电力传输的需求以及其在电力系统联网方面的独特优势使得促使众多高压直流输电工程的投运，交直流混联电网逐渐形成。换相失败是LCC-HVDC高压直流输电系统最常见的故障之一，会造成直流电压降低，电流短时增大，同时对交流系统产生巨大影响，若换相失败控制不当，可能会导致换流器闭锁，最终引发区域间功率传输中断。目前对于换相失败的评估和抑制措施的研究大多针对交流系统短路故障工况设计，包括比较由三相短路和单相接地短路故障引发换相失败的最小电压跌落、临界换相时间-电压面积与实际值大小等指标评估方法以及换相失败预测(CFPREV)等控制策略，这些方法的判据大多基于工频电压的幅值，无法考虑系统暂态过程中谐波等电压波形畸变对换相过程的影响。

波形畸变(非正弦波)情况下，受换相电压不可预知的影响，换流阀在触发时刻无法准确得到换相结束后的关断角数值。国内外针对上述问题进行了相关研究，包括针对励磁涌流导致CFPREV误动的机理并提出了考虑励磁涌流的换相失败预测算法和改进控制策略，以及采用优化的方法提出了表征励磁涌流对换相影响的指标LTHD等，为解决波形畸变导致换相失败提供了量化依据。但是上述方法的指标值整定以及优化都是离线进行的，在谐波引起电压波形畸变这种参数动态变化的场景下，存在较大的计算误差，算法的性能不佳。模型预测控制算法能够通过检测实时信息修正未来动态行为，在线反复进行优化计算，可以解决对非正弦电压波形情况下换相失败控制的模型误差问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模型预测控制的换相失败控制方法，以克服现有技术的缺陷，本发明能够在换流母线电压波形畸变的工况下对触发角进行有效控制，使关断角维持在期望值附近进而避免换相失败的发生。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于模型预测控制的换相失败控制方法，包括以下步骤：

步骤1、逆变侧换流母线电压波形畸变后，依据最小二乘的方法拟合各次谐波参数，利用Levenberg-Marquardt算法对其求解；

步骤2、依据换相时间-电压面积理论，由步骤1得到的各次谐波参数，建立电压波形与触发角及关断角的关联关系模型，用于建立触发角调节量的滚动优化模型，通过优化的方法求解得出当前时刻的触发角；

步骤3、测量上一次换相过程关断角的实际值，利用其与关断角目标值的差值对步骤2所得的触发角信号进行加权修正，判断当前时刻是否到达到控制时序的终点，是则将修正后的触发信号作为下次换相最终的触发角输入到直流控制系统，否则到下个采样时刻返回步骤1。

进一步地，步骤1中利用最小二乘的方法拟合各次谐波参数模型如下：

0≤U_ic≤U_icmax

0≤U_is≤U_ismax

0≤U₀≤U_0max