[发明专利]基于H∞鲁棒控制的MMC-HVDC系统高频振荡抑制方法

说明书

本发明涉及一种基于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。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域、特别涉及到MMC-HVDC系统的高频振荡抑制策略。

背景技术

近年来，基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流输电技术凭借其输出谐波含量少、模块化程度高以及输送容量大等优势，成为远距离电力传输的重要输电方式。随着MMC-HVDC工程的推进，国内外发生了多起由链路延时引发的高频振荡事故，例如2017年鲁西直流输电工程发生了1270Hz的高频振荡，2018年渝鄂背靠背柔性直流工程在空载加压调试中，渝、鄂两侧分别发生了700Hz和1.8kHz的高频振荡事故。 MMC-HVDC系统高频振荡产生的高频谐波分量恶化了电能质量，进一步降低了电力电子器件的使用寿命，严重情况下将导致换流站闭锁，进一步加剧对交流电网的冲击。因此，MMC-HVDC系统的高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统的安全稳定运行有着重要的工程意义。

现有MMC-HVDC系统的高频振荡抑制策略可分为以下四大类：

1、在PCC点并联无源滤波装置的高频振荡抑制策略。该方法通过在PCC点并联无源滤波装置，校正MMC-HVDC互联系统的阻抗特性，缩小系统的负阻尼频率范围。该方法的物理意义较为明显，并且能够在较大频率范围内改善MMC-HVDC互联系统的阻抗特性，但是存在占地面积大、经济性差等问题。

2、在电网电压前馈回路投入滤波器的高频振荡抑制策略。该方法通过在电网电压前馈回路投入滤波器改善MMC换流站的阻抗特性，达到抑制系统高频振荡的目的。该方法较为简单，便于工程应用，但是难以在较大频率范围内协调MMC换流站的阻抗特性，可能会转移MMC-HVDC系统的高频振荡风险频段，并且还可能会影响MMC-HVDC系统的暂态特性。

3、改进MMC换流站控制结构的高频振荡抑制策略。该方法一般是在电流内环控制中引入虚拟阻尼控制器，等效增大MMC换流站在振荡频段的阻尼，达到抑制MMC-HVDC 系统高频振荡的目的。改进MMC换流站控制结构会额外增加电流内环控制的复杂程度，并且引入的虚拟阻尼控制器参数选择较为复杂，增加了参数整定的工作量。

4、优化MMC换流站控制器参数的高频振荡抑制策略。优化与MMC-HVDC系统高频振荡强相关的控制器参数可有效提高系统的高频稳定性。由现有研究可知，电流内环比例系数对MMC-HVDC系统的高频稳定性有重要影响，减小电流内环比例系数能够矫正MMC 换流站的阻抗特性，提高系统的高频稳定性。该方法无需附加滤波装置以及虚拟阻尼控制器，降低了建设成本和控制系统的复杂程度，但是过小的电流内环比例系数会对系统的暂态特性造成影响。

发明内容

本发明提出了一种基于H_∞鲁棒控制的MMC-HVDC系统高频振荡抑制方法。将MMC-HVDC系统链路延时对系统的影响等效为干扰，通过混合灵敏度优化设计出H_∞鲁棒控制器，将求解出的H_∞鲁棒控制器加入到电流内环控制中，利用H_∞鲁棒控制器的抗干扰能力和鲁棒稳定性抑制MMC-HVDC系统的高频振荡，特别适用于链路延时较长的柔性直流输电系统。本发明的技术方案如下：