[发明专利]一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法

摘要

一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法，包括以下步骤:步骤1，建立两端电压源型换流器高压直流输电系统暂态数学模型；步骤2，设计自抗扰控制器；步骤3，设计模糊规则。本发明在系统中设计模糊自抗扰控制器，实现对直轴和交轴电流的解耦。设计扩张状态观测器环节估计系统不确定性及扰动并进行补偿，使得系统的鲁棒性和抗干扰性能力得到提高，同时设计模糊规则对扩张状态观测器参数进行整定，有效提高系统的鲁棒性以及抗干扰性。

主权项

1.一种基于模糊自抗扰控制的两端电压源型换流器高压直流输电系统控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：步骤1,建立两端电压源型换流器高压直流输电系统数学暂态模型；两端电压源型换流器高压直流输电系统数学暂态模型可表示成如下形式其中，d轴为电流直轴，q轴为电流交轴；usd，usq分别为交流源电压d和q轴分量；isd，isq分别为交流侧电流的d和q轴分量；ucd，ucq分别为换流站交流侧电压的d和q轴分量；ω为交流系统的角频率；R为换流变压器和电抗器的等效电阻；L为换流变压器和电抗器的等效电感；步骤2,设计自抗扰控制器，过程如下：2.1将式(1)变换为自抗扰控制器的规范化形式，即其中，在考虑外部扰动以及参数不确定性的情况下，式(3)改写为其中，定义状态变量x1＝[isd,isq]T；y＝[y1,y2]T为系统的输出电流，y1，y2分别为d轴和q轴的输出电流；f(x)＝[f1,f2]T为系统已知扰动，f1，f2分别为d轴和q轴的系统已知扰动；w(t)为系统未知扰动；u＝[ucd,ucq]T为控制器的输出量；b1＝Δb+b0，b0为b1的估计值，一般根据经验获得，Δb为参数摄动值；2.2定义x2＝d＝[d1,d2]T＝w(t)+Δbu为系统总扰动；其中d1，d2分别为d轴和q轴的系统扰动及不确定项；由于式(4)看作两个一阶系统，因此在自抗扰控制器只需设计扩张状态观测器与非线性反馈控制律；2.3设计扩张状态观测器其中，z1，z3分别为y1和y2的观测信号；ed，eq为观测误差信号；z2，z4分别为d1和d2的观测信号；β1，β2分别为正的观测器增益系数；g(e)为非线性函数形式，即2.4设计非线性状态反馈控制器其中，为d轴电流参考值；为q轴电流参考值；e₀，e₂为跟踪误差；k为比例系数；δ为滤波因子；α为非线性常数，影响控制精度；u₁，u₂分别为d轴和q轴非线性状态反馈控制器输出信号；Fal(e,α,δ)函数为具有快速收敛的性能并且有一定的滤波效果，其表达形式为其中，sign(·)为符号函数；d轴一阶非线性状态误差反馈控制律取为q轴一阶非线性状态误差反馈控制律取为步骤3,设计模糊规则，过程如下：以跟踪误差e0以及e0的微分信号e1为性能指标，将e0和e1作为模糊控制器的输入，通过模糊规则在线整定观测器增益参数β1和β2；其中，e0，e1分别为模糊变量；Δβ1，Δβ2为模糊规则输出量，代表观测器增益参数β1和β2的变化量；并在其各自论域上分别定义5个语言子集为{负大(NB)，负小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正大(PB)}；选择输入量e0和e1的隶属度函数为高斯型，输出量Δβ1和Δβ2的隶属度函数为三角形；由于e0实测值有一定抖动，故微分信号e1先经过增益环节然后输入到模糊控制器中；这里取e0，e1的基本论域分别为[‑1,+1]和[‑1,+1]，模糊推理采用Mamdani型，去模糊化算法采用加权平均法；模糊规则如表1所示；表1将表1中修正参数代入如下表达式，则有其中，β1'，β2'为整定后的观测器增益参数。