[发明专利]基于H∞鲁棒控制的MMC-HVDC系统高频振荡抑制方法

权利要求书

1.一种基于H_∞鲁棒控制的MMC-HVDC系统高频振荡抑制方法，其特征在于，通过模型等效变换将MMC-HVDC系统链路延时对系统的影响等效为干扰，建立电流内环控制混合灵敏度问题的模型，通过混合灵敏度优化求解H_∞鲁棒控制器；在电流内环控制中加入求解的H_∞鲁棒控制器，应用H_∞鲁棒控制器抑制MMC-HVDC系统的高频振荡；其中，H_∞鲁棒控制器的输入信号为d、q轴电流参考值和交流电流d、q轴分量的偏差，输出信号经过d、q轴电流内环PI控制器后与d、q轴电网电压前馈项、电流交叉耦合项叠加生成d、q轴控制信号参考值， 步骤如下：

(1)将MMC-HVDC系统的各部分链路延时等效为一个总的延时环节，考虑系统延时后，MMC换流站接收到的控制信号u_vd与电流内环控制生成的控制信号参考值u_vdref满足u_vd＝G_du_vdref＝e^-τsu_vdref＝u_vdref+u_vdref(e^-τs-1)，其中τ为MMC-HVDC系统的总链路延时；此时MMC换流站的输入信号等效为电流内环控制生成的控制信号参考值u_vdref和干扰输入信号u_vdref(e^-τs-1)；

(2)将MMC换流站的干扰输入信号u_vdref(e^-τs-1)等效到输出端，将电流内环控制和MMC数学模型中的电网电压前馈项和交叉耦合项对消，将MMC-HVDC系统的电流内环控制等效为带有干扰信号的无时滞反馈控制系统；

(3)将电流内环PI控制器和MMC的数学模型G(s)＝1/(sL_eq+R_eq)视为被控对象G_eq(s)，其中L_eq和R_eq分别为PCC点电压与MMC调制点电压之间的等效电感和等效电阻；引入待设计的H_∞鲁棒控制器K(s)以及加权函数W₁、W₂、W₃后，构建电流内环控制混合灵敏度问题的模型，其中加权函数W₁、W₂、W₃的输出信号分别为混合灵敏度问题的被控输出信号z₁、z₂、z₃，也称性能评价信号；

(4)根据电流内环控制混合灵敏度问题的模型，灵敏度函数S、输入灵敏度函数R和补灵敏度函数T的表达式为：

式中，r为d轴电流内环控制的参考输入信号I_dref；e_d为跟踪误差信号；u_d为控制信号；d为系统链路延时引入的干扰信号；y_m为d轴电流内环控制的输出信号i_cd；

电流内环参考输入信号到被控输出信号z＝[z₁，z₂，z₃]^T的闭环传递函数为Φ，即混合灵敏度优化目标函数为：

(5)选择加权函数W₁、W₂、W₃，通过混合灵敏度优化求解出最优H_∞鲁棒控制器K(s)；

(6)将得到的H_∞鲁棒控制器K(s)加入到d、q轴电流内环控制中；d、q轴H_∞鲁棒控制器K(s)的输入信号为MMC-HVDC系统功率外环PI控制器生成的d、q轴电流参考值与交流电流d、q轴分量的误差，输出信号为d、q轴电流内环PI控制器的输入信号，d、q轴电流内环PI控制器的输出信号叠加d、q轴电网电压前馈项以及电流交叉耦合项生成控制信号参考值u_vdref、u_vqref；

(7)u_vdref和u_vqref经过系统的延时后，经派克反变换得到abc三相坐标系下的调制点电压参考值，通过阀组级控制得到MMC桥臂各子模块的开关状态。