[发明专利]柔性直流输电系统站间耦合判别和内模解耦控制方法

权利要求书

1.一种柔性直流输电系统站间耦合判别和内模解耦控制方法，其特征在于，

包括以下步骤：

步骤一：给出双端柔性直流输电系统全局小信号模型的状态空间方程的形式如式(1)所示；

其中状态变量x＝[Δi_sd1Δi_sq1Δu_sd1Δu_sq1Δu_cd1Δu_cq1Δu_d1Δi_dΔu_d2Δi_sd2Δi_sq2Δu_sd2Δu_sq2Δu_cd2Δu_cq2]^T，式中i_sd为PCC点d轴电流、i_sq为PCC点q轴电流、u_sd为PCC点d轴电压、u_sq为PCC点q轴电压、u_cd为换流器出口交流d轴电压、u_cq为换流器出口交流q轴电压、u_d为换流器直流侧直流电压、i_d直流电流、L_s为连接电抗器和换流变压器的等效电感，Δ表示增量；所有下标为1的变量代表整流站VSC1中的电气量，所有下标为2的变量代表逆变站VSC2中的电气量；

控制变量u＝[Δu′_d1Δu′_q1Δu′_d2Δu′_q2]^T，见式(2)；

输出变量y＝[ΔP₁ΔQ₁Δu_d2ΔQ₂]^T；P₁、Q₁、U_d2、Q₂分别为整流站VSC1有功功率、无功功率和逆变站VSC2的直流电压、无功功率；

通过线性化后系统的全局小信号数学模型，经过MATLAB中Robust control toolbox得到对象模型的传递函数矩阵式见式(3)；矩阵中非对角线项不为零即可判断两端VSC换流站各被控量间存在交叉耦合；

步骤二：等效内模解耦控制器中滤波器如式(9)所示：

通过对象模型伯德图确定系统闭环带宽选择范围小于126rad/s，并在MATLAB中比较带宽分别为10rad/s、50rad/s、100rad/s时控制系统的阶跃响应以及不同带宽时控制系统灵敏度与互补灵敏度曲线；

权衡系统动态响应以及鲁棒性，最终选取带宽β为50rad/s，同时可确定滤波器唯一可调时间常数τ＝0.02；

依据式(7)，用MATLAB仿真软件计算柔性直流输电系统等效内模解耦控制器C(s)，MATLAB程序指令为：

C＝inv(G)*F*inv(I-F)；

其中G为式(3)所示的对象模型，F为滤波器矩阵，inv为矩阵求逆指令，I为4×4的单位阵，C为计算得到的换流站间等效内模解耦控制器，结构同式(8)，运行程序得到等效内模解耦控制器C阶数为19阶；

其中K(s)为内模控制器，为对象标称模型，等效内模解耦控制器C(s)的性能由滤波器F(s)的时间常数τ或滤波器带宽β决定：时间常数τ越小带宽β越大，系统动态响应变快，鲁棒稳定性降低；时间常数τ越大带宽β越小，动态响应变慢，鲁棒稳定性提高，需折中选取；依据对象模型，并参考不同带宽时控制系统的阶跃响应不同带宽时控制系统灵敏度与互补灵敏度曲线，根据系统动态响应和鲁棒性要求，最终确定滤波器F(s)中唯一可调的时间常数，从而获取等效内模解耦控制器C(s)如式(8)所示，等效内模解耦控制器为19阶；

最后采用平衡奇异值摄动近似将等效内模解耦控制器降阶到合适阶数；

MATLAB程序指令为：C_d＝modred(balreal(C),elim,‘mde’)

其中C为等效内模解耦控制器，modred为降阶操作指令，balreal为平衡状态空间的实现，elim为待消去的状态，‘mde’指降阶中保持增益匹配，C_d为降阶后的等效内模解耦控制器；根据试验，该等效内模解耦控制器在保持闭环性能的前提下可降阶至8阶；通过观察Hankel奇异值可知，若继续降阶将产生不稳定模型，因此8阶控制器最为合理，最终得到柔性直流输电系统站间等效内模解耦控制器；至此，柔性直流输电系统的站间耦合分析及等效内模解耦控制器设计完成。