[发明专利]向无源网络供电的VSC逆变站数学模型及内模控制器

权利要求书

1.一种基于向无源网络供电的VSC逆变站数学模型的向无源网络供电的VSC逆变站的内模控制器，其特征在于，向无源网络供电的VSC逆变站数学模型包括向无源网络供电的VSC逆变站主电路拓扑，该主电路拓扑中由VSC换流器完成逆变，在VSC换流器直流侧设置稳压电容C以稳定直流电压，在VSC换流器交流侧设置低通滤波器以滤除高频谐波；VSC换流器交流侧接联接电抗器及变压器，最后接无源负载；全局小信号数学模型包括：

VSC换流器简化模型：将VSC换流器简化为惯性环节，VSC换流器的小信号数学模型为式(1)；开关延时τ＝1.5T，u_cd、u_cq为换流器交流侧基频相电压d、q轴分量，u_cd*、u_cq*为SPWM调制波电压d、q轴分量参考值；

联接电抗器及变压器简化模型：联接电抗器及变压器等效阻抗为R₁、L₁；联接电抗器及变压器的小信号数学模型为式(2)；

其中，i_sd、i_sq为换流器交流侧基频相电流d、q轴分量；u_sd、u_sq为换流器交流侧PCC点基频相电压d、q轴分量；

无源负载简化模型：无源负载等效阻抗由R_L、L_L等效；无源负载小信号数学模型为式(3)；

联立式(1)、(2)、(3)得VSC逆变站状态方程和输出方程的形式如式(4)、(5)；其中状态变量x＝[Δi_sdΔi_sqΔu_cdΔu_cq]^T，VSC换流站为两输入输出系统，输入变量u＝[Δu_cd*Δu_cq*]^T、输出变量y＝[Δu_sdΔu_sq]^T；系统矩阵A为4×4方阵，见式(7)；输入矩阵B为4×2矩阵，见式(8)；输出矩阵C为2×4矩阵，见式(9)；直接传递矩阵D为2×1矩阵，见式(10)；

VSC逆变站全局小信号数学模型G(s)见式(6)；

y＝Cx+Du (5)

D＝[0 0] (10)；

包括以下步骤：

步骤1：对VSC逆变站全局小信号数学模型做因式分解见式(11)：

其中为全通滤波器的传递函数，包含了所有时滞和右半平面零点，是具有最小相位特征的传递函数，稳定且不包含预测项；

步骤2：低通滤波器滤波时间常数或者带宽的选择；综合考虑控制系统动态性能指标ISE和鲁棒性能指标M值函数，分别见公式(12)、(13)；式中e为误差，η为互补灵敏度；带宽越大，虽然对外部扰动反应不明显，但是抑制高频噪声能力越弱，本例带宽取α＝500rad/s，阶数取1阶；

步骤3：VSC内模控制器G_C(S)见式(14)；其中F(S)为低通滤波器对角矩阵见(15)；T_f为滤波器时间常数，α为滤波器带宽，r为滤波器阶数；

步骤4：逆变站内模等效控制器G_eq(s)见式(16)；基于MATLAB计算VSC逆变器等效控制器G_eq(s)，然后基于Hankel最优模型降阶到合适阶数，设计得VSC逆变器内模等效控制器G_eq(s)参数见式(17)；

至此，向无源网络供电的VSC逆变站内模等效控制器设计完成。