[发明专利]一种针对海上风电直流输电系统的无源鲁棒稳定控制方法

说明书

本发明公开了一种针对海上风电直流输电系统的无源鲁棒稳定控制方法。所述系统包括以下步骤：得到海上风电柔性直流并网系统中的电压源换流器在静止坐标系下的数学模型；采用等量Park变换将静止坐标系下的数学模型转化成dq旋转坐标系下的微分方程；设计出针对综合干扰项的实时跟踪方程，实现对dq旋转坐标系下微分方程中建模误差的准确跟踪；将电压源换流器的数学模型推导成PCHD标准模型下的微分方程形式；构建PCHD标准模型的期望能量函数；根据系统期望能量函数实现基于干扰实时跟踪的海上风电柔性直流并网系统电压源换流器的无源鲁棒控制。本发明有利于提高海上风电直流输电系统的安全稳定运行能力。

技术领域

本发明涉及柔性直流系统稳定控制领域，具体是一种针对海上风电直流输电系统的无源鲁棒稳定控制方法。

背景技术

柔性直流输电技术(Voltage Source Converter based High Voltage DirectCurrent Transmission,VSC-HVDC)是结合电力电子技术、电力系统、自动控制和通信原理等技术相结合的第三代直流输电系统，与传统直流输电相比的特点是采用了绝缘栅双极晶体管(Insulated-gate Bipolar Transisitor,IGBT)等全控型器件代替了晶闸管这种半控型器件，在近年来得到了迅速的发展并应用到具体实际工程之中。柔性直流输电技术的发展对推进电网智能化、新能源并网等具有重要的作用。海上风力发电具有清洁环保、资源稳定性强、年利用小时数高等特点，海上风电经柔性直流并网技术将在未来得到快速发展。但传统的海上风电柔性直流并网系统中的电压源换流器采用基于比例积分的直接电流控制内环和外环控制，它的缺点是参数都是用试凑的方法获得，缺乏理论性，且设计的虽然能保障系统的鲁棒性，但往往会降低系统的稳定时的性能。如果出现功率突然波动等情况出现，就会很大影响系统的动态特性，包括超调量和调整时间等。所以需要研究在外界干扰下如何用新的控制策略来提高针对海上风电直流输电系统的鲁棒稳定性。

基于微分几何理论的非线性控制在提高系统动态性能有着不错的表现，已有文献在换流器中使用基于反馈线性化的反推控制方法，但这种控制方法在系统建模误差较大的情况下，会使得系统的鲁棒性出现很大程度地降低。近年来，无源控制理论由于调节灵活、动态响应快、鲁棒性好等优点，被广泛应用在换流器控制设计中，但传统的无源控制方法对系统中的建模误差仍然较为敏感。。

现有技术中的一种电压源型换流器接入弱电网时的直流电压鲁棒控制方法及系统(CN202111434555.3)，在设计鲁棒控制方式时，未考虑系统建模误差的外界扰动，从而影响模型的准确度。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种针对海上风电直流输电系统的无源鲁棒稳定控制方法。首先，基于基尔霍夫电压定律列写海上风电柔性直流并网系统电压源换流器的静止坐标系下的数学模型，再考虑建模误差，并采用等量Park变换将该数学模型转化成dq旋转坐标系下的微分方程；其次，通过设定正定的跟踪增益值，保证实时跟踪误差可以在有限时间内趋于0，从而设计出针对综合干扰项的实时跟踪方程，实现对dq旋转坐标系下微分方程中建模误差的准确跟踪；最后，设计基于干扰实时跟踪的海上风电柔性直流并网系统电压源换流器的无源鲁棒控制，通过定义PCHD(Port-Controlled Hamiltonian withDissipation)标准模型下的期望能量函数，得到用于提供系统鲁棒稳定性的换流器控制输入，使得系统处于平衡点时的能量取得极小值。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种针对海上风电直流输电系统的无源鲁棒稳定控制方法，包括以下步骤：

S1、基于基尔霍夫电压定律得到海上风电柔性直流并网系统中的电压源换流器(VSC)在静止坐标系下的数学模型；

S2、考虑建模误差，并采用等量Park变换将步骤S1中得到的静止坐标系下的数学模型转化成dq旋转坐标系下的微分方程；