基于电压源型高压直流输电系统的非线性控制策略

发布时间：2020-11-12 19:09

　　 随着电力电子技术的飞速发展,基于电压源型高压直流输电(Voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)技术趋于成熟,已经广泛的应用于输电领域。VSC-HVDC系统已成为风电并网、电网互联等领域不可或缺的部分。由于VSC-HVDC系统具有非线性、强耦合、多变量等特性,传统的PI控制算法对难以达到满意的控制效果。论文围绕电压源型高压直流输电系统的自抗扰控制以及滑模控制策略展开研究工作,主要工作总结如下。首先,论文详细研究了VSC-HVDC的整体结构,并描述了系统在对称条件下的数学模型,包括在三相静止坐标系和dq0坐标系下的数学模型。给出VSC-HVDC整体控制策略,包括系统级控制,换流站级控制以及触发级控制。采用传统PI控制,设计双闭环结构控制器,其中外环控制电压、功率并产生指令电流作为内环控制的输入,内环PI控制器输出换流器的指令电压信号,传递到PWM触发单元,产生脉冲信号控制各桥臂。其次,针对VSC-HVDC系统的非线性、多变量、强耦合等特点,在内环控制器中分别采用积分滑模面和积分终端滑模面设计两种控制器,实现对电流的解耦与跟踪,提高系统的鲁棒性和响应速度。在仿真中,将两种积分滑模控制器与PI控制器的控制性能进行仿真对比,验证所提控制方法的有效性和优越性。再者,针对系统稳定运行点多变以及系统机械、电气参数扰动频繁等问题。在内环控制中设计模糊自抗扰控制器,实现对直轴和交轴电流的解耦。其中,设计扩张状态观测器估计系统不确定性及扰动并进行补偿,提高系统的鲁棒性和抗干扰性能力。同时,设计模糊规则对扩张状态观测器参数进行整定。通过与PI控制器的控制性能进行仿真对比,结果表明,论文设计的模糊自抗扰控制方法鲁棒性更强,抗干扰能力显著提高。最后,提出基于模糊扩张状态观测器的有限时间滑模控制策略。在内环控制中设计积分终端滑模控制器,实现电流的解耦与快速跟踪,并设计扩张状态观测器估计系统不确定性及扰动并进行补偿。同时,设计模糊规则调整观测器增益参数。仿真结果验证了所提的控制方法的有效性和优越性。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM721.1;TP273
【部分图文】：

浙江工业大学硕士学位论文2.5 仿真分析2.5.1 仿真系统描述为了验证所提出策略，在 MATLAB/SIMULINK 中搭建了仿真模型，如图 2-12 所示。换流站 1 采用有功功率和无功功率控制模式，换流站 2 采用直流电压和无功功率控制模式，换流站之间没有通信联系。图 2-13 为换流站 1 的结构图。图 2-14 为换流站 2 的结构图。

换流站1的结构图

图 2-14 换流站 2 的结构图设定系统频率等于 50Hz，两端交流系统的额定电压均为 230kV，设定额定容量等2000MVA；取变压器变比等于 230kV/100kV。换流站传输的功率为 200MVA(100±千伏流）。整流器和逆变器选择为两电平的 IGBT 二极管反并联的桥模型。设定直流侧额定压等于 20kV，直流输电线路为 75km，直流输电线路的参数是电阻 1.39×10-2Ω/km，电1.59×10-4H/km，电容 2.31×10-7F/km。等效电阻 R=R1=R2=0.1Ω，C=70μF，L=7.5mH；流侧电压值 udc=100 kV 电抗器电抗值等于 0.15p.u.，变压器的电抗标么值也是 0.15p.u.IGBT 采用 SPWM 方式的调制方式，开关频率为 1350Hz。1p.u.=200MVA。外环 PI 参Kp1=Kp2=3.0，Ki1=Ki2=3.0，内环 PI 控制器参数：P=0.6，I=6.0。2.5.2 仿真结果分析1.系统启动阶段
【参考文献】

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1 郑恩让;赵兴旺;;基于ESO的三相电压型逆变器终端滑模控制[J];电气传动;2015年12期

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3 杨涛;刘国平;黄淼;文一宇;廖勇;王国栋;;双馈风电场柔性高压直流输电并网控制策略[J];重庆大学学报;2015年01期

4 章心因;胡敏强;吴在军;郝思鹏;;基于VSC-HVDC的风力发电系统低电压穿越协调控制[J];电力自动化设备;2014年03期

5 王毅;付媛;苏小晴;刘均鹏;罗应立;;基于VSC-HVDC联网的风电场故障穿越控制策略研究[J];电工技术学报;2013年12期

6 孙文博;徐华利;付媛;王毅;;应用于大型风电基地功率外送的多端直流输电系统协调控制[J];电网技术;2013年06期

7 李天云;张志华;陈峰;张宇辉;;基于扩张状态观测器和Terminal滑模的HVDC非线性鲁棒控制器设计[J];电网技术;2012年10期

8 姚为正;邓祥纯;易映萍;梁燕;张建;;基于dq0同步坐标的柔性直流输电控制策略及仿真研究[J];电力系统保护与控制;2009年22期

9 陈海荣;徐政;;基于同步坐标变换的VSC-HVDC暂态模型及其控制器[J];电工技术学报;2007年02期

10 胡兆庆,毛承雄,陆继明,李国栋;一种新型的直流输电技术——HVDC Light[J];电工技术学报;2005年07期

本文编号：2881121