[发明专利]计及风电出力随机性的双极柔直系统模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种计及风电出力随机性的双极柔直系统模型预测控制方法，这种方法针对现有风电场‑双极柔性直流输电系统在风电出力波动时难以实时平衡双极之间输送功率的问题，采用模型预测控制方法实现了对于双极柔直系统电压控制极和功率控制极的协调控制，在风电场出力波动时，实时平衡两极之间的输出功率，且不会因为参考值的实时调整而导致系统失稳。与已有方法相比，本方法能够在保证风电场侧电网电压稳定的同时，实现双极柔性直流输电系统两极之间功率的协调分配。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种计及风电出力随机性的双极柔直系统模型预测控制方法。

背景技术

随着柔性直流输电系统的电压等级和输电容量逐渐增大，双极柔性直流输电系统凭借其高灵活性和可靠性的特点，得到了越来越多的关注。基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流输电技术具有制造难度低，系统损耗低，波形质量高等优点，在远距离风力发电电能输送方面有十分良好的应用前景。

双极MMC换流站与孤岛风电场电网相连时，需要为风电场电网建立稳定的频率和电压，一般采用一极定交流电压控制，另一极定功率控制。由于风电场出力具有随机性和波动性的特点，且双极柔直系统的单极设计容量一般与额定容量的一半相匹配，如果功率控制极的指令没有充分考虑风电出力的不确定性，则实时调节有功出力的任务将会全部由电压控制极承担，当风场出力波动较大时，可能导致电压控制极发生过负荷问题。对于传统的基于PI控制器的双极MMC控制策略，如果根据风电场输出功率频繁调节功率控制极的输出指令，可能会导致控制系统出现失稳问题；模型预测控制作为一种先进的控制理论，近年来在电力电子领域得到了广泛关注，模型预测基于目标函数对MMC开关动作进行调节，对于系统内的连续扰动，其开关动作不会频繁切换，因此，更加适用于考虑风电出力随机性的MMC控制策略应用场景。目前，对于风电场出力波动下，孤岛风电场-双极柔性直流输电系统送端MMC换流器的双极协调控制策略还鲜有研究，亟需提出一种计及风电出力随机性的双极柔直系统模型预测控制方法，保障系统的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有风电场-双极柔性直流输电系统在风电出力波动时难以实时平衡双极之间输送功率的问题，提供一种计及风电出力随机性的双极柔直系统模型预测控制方法，实现了对于双极柔直系统电压控制极和功率控制极的协调控制，在风电场出力波动时，能够实时平衡两极之间的输出功率，且由于模型预测控制不会因为参考值的实时调整而导致系统失稳，本发明所提方法能够保证功率调节过程中系统的稳定性。

为了实现上述发明目的，本方法采取如下技术方案：

一种计及风电出力随机性的双极柔直系统模型预测控制方法，实现所述方法采用的控制系统包括：正极采样模块和负极采样模块、正极Park变换模块和负极Park变换模块、正极电流参考值计算模块和负极电流参考值计算模块、正极输出电流预测模块和负极输出电流预测模块、正极输出电流目标函数计算模块和负极输出电流目标函数计算模块、正极内部环流预测模块和负极内部环流预测模块、正极内部环流目标函数计算模块和负极内部环流目标函数计算模块、正极最终目标函数计算模块和负极最终目标函数计算模块、正极目标函数比较与控制指令输出模块和负极目标函数比较与控制指令输出模块；

所述正极采样模块中，包括：

正极电压采样模块，对MMC交流电网三相电压U_gabc进行采样；

正极电流采样模块，对正极MMC交流电网三相电流I_gabc1、正极MMC内部环流I_cabc1进行采样；

所述负极采样模块中，包括：

负极电压采样模块，对MMC交流电网三相电压U_gabc进行采样；

负极电流采样模块，对负极MMC交流电网三相电流I_gabc2、负极MMC内部环流I_cabc2进行采样；