[发明专利]一种直流配电网换流站多功能备用电源控制方法

摘要

一种直流配电网换流站多功能备用电源控制方法，其特点是，包括电压外环无模型自适应预测控制、自适应窗长傅立叶变换、谐波和间谐波电流检测算法、基波正序分量提取和负序电流主动注入算法、电流内环无差拍控制等步骤：由于引入了无模型自适应预测控制用于备用电源直流侧，能够实现直流电压的快速跟踪控制；通过引入自适应窗长傅立叶变换，可改善间谐波背景下谐波、间谐波电流分量及基波正序、基波负序电流分量的检测精度，电流控制环电流参考信号的获取方法可实现备用电源多种工况下的平滑切换；备用电源变流器既可以实现换流站的交流侧谐波、间谐波电流畸变治理，又可以实现换流站站用负荷的备用供电，也可以实现换流站屋顶光伏发电。

主权项

1.一种直流配电网换流站多功能备用电源控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：1)电压外环无模型自适应预测控制①在每个采样周期开始的时刻，对变流器直流电容电压u_dc进行采样；②将给定电压值与u_dc送入电压外环无模型自适应预测控制器中，得到一个电流指令信号电压外环无模型自适应预测控制方法依据公式(1)‑(6)进行实现；公式(1)‑公式(5)中，N∈[1,2,…,10]是预测步长；n∈[1,2,3,…]是采样点数；ε∈[0.00001,0.5]是允许控制误差；μ∈(0,100)是响应速度系数；λ∈(0,100)是超调响应系数；M∈(0,20)是自回归系数限制阈值；N_u∈[1,2,…,N]是控制时域常数；p∈[2,…,N]是预测阶数；函数sign()定义为公式(6)；||||₂是2范数运算符号；()^T是向量或矩阵的转置运算符号；()^‑1是矩阵求逆运算符号；||是“或”逻辑符号；I是N_u×N_u维单位矩阵；E是N×1维单位向量；φ(1)∈(0,100)是常数；θ₁(1),…θ_p(1)是介于0和1之间的p个常数；φ()、τ、和θ_l(),l∈[1,2,…p]是公式(1)‑公式(4)计算过程中的中间参数；Θ()、A()、Φ()、是公式(4)‑公式(6)计算过程中的向量或矩阵；2)自适应窗长傅立叶变换①在每个采样周期开始的时刻，对公共连接点三相电压u′_a、u′_b、u′_c采样并折算至备用电源交流侧，得到u_a(n)、u_b(n)、u_c(n)；②基于公式(7)改变截断数据长度q计算采样序列x(n)＝u_a(n)的相关系数k_cc，选取(k_cc‑1)的绝对值小于等于ε时的截断数据长度q定义为截断窗长W_DFT，然后，基于公式(8)对采样序列u_a(n)进行离散傅立叶变换，得到离散傅立叶频谱F(τ)，选取|F(τ)|中的最大值对应的频率值f_f；其中，q∈rd(f_s/50,f_s/4)，“rd”是取整运算符号，f_s∈[100,100000]是采样频率；k_cc∈[‑1,1]；<>是向量内积运算符号；3)谐波和间谐波电流检测算法①在每个采样周期开始的时刻，对换流站的三相交流电流i′_a、i′_b、i′_c进行采样并折算到备用电源交流侧，得到i_a(n)、i_b(n)、i_c(n)；②基于公式(9)‑公式(12)提取三相电流的基波信号x_fk＝i_fk(k＝a,b,c)，其中，W₁是基于公式(7)得到的电流信号截断窗长；f_f是电流信号的基波频率；pinv()是广义逆运算符号；real[]是对复数提取实部的运算符号；x_k.r,x_k,z₁,V,是计算过程中的向量或矩阵；j是虚数单位；e是自然常数；x_k.r＝[x_k(n),x_k(n‑1),…,x_k(1)]^T  (9)③i_fa(n)、i_fb(n)、i_fc(n)分别减去对应采样时刻三相电流i_a(n)、i_b(n)、i_c(n)得到n时刻谐波和间谐波电流参考信号i_ah(n)、i_bh(n)、i_ch(n)；4)基波正序分量提取和负序电流主动注入算法①基于公式(9)‑公式(12)提取三相电压u_a(n)、u_b(n)、u_c(n)的基波信号x_fk＝u_fk(k＝a,b,c)，并计算有效值U_fk(k＝a,b,c)；②基于公式(13)、(14)、(15)求得归一化的三相基波电流p_o(n)＝U_fa(n)I_bal(n)+U_fb(n)I_bal(n)+U_fc(n)I_bal(n)(14)其中，R_bal是备用电源变流器交流侧三相负载对称时各相的等效电阻；I_bal是备用电源变流器交流侧三相电流对称时各相的等效电流有效值；p_o是经过备用电源的有功功率；在公式(15)中k＝a,b,c；③依据三相基波电流i_fk(k＝a,b,c)，应用锁相环获取相位θ＝2×π×f_f×t，t是采样时刻，并基于公式(16)将三相基波电流做DQ变换，然后经过二阶100Hz带阻滤波器，并经过DQ反变换得到正序电流参考信号④基于公式(17)得到需要注入的负序电流为5)电流内环无差拍控制①基于公式(18)计算电流内环无差拍控制电流参考值②基于公式(19)得到脉宽调制的调制波信号d_k(k＝a,b,c)，控制备用电源变流器的全控型电力电子开关的通断；其中，k＝a,b,c；L是变压器相等值电感；f_k是脉宽调制载波信号频率。