一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法
专利汇可以提供一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种改善系统暂态稳定的VSC‑HVDC线性自抗扰控制方法，包括以下步骤：步骤1，根据VSC‑HVDC对同步发 电机 组的可控能 力 划分出VSC‑HVDC对应的可控机群，并将每个可控机群聚合为一台等效可控机组；将VSC‑HVDC和其相应的等效可控机组建立成一个等效可控系统；步骤2，根据等效可控系统的 状态方程 ，基于线性自抗扰理论设计出一个三阶的线性扩张状态观测器及线性状态反馈控制律，并增加控制输出约束逻辑及附加直流 电压 越限控制；步骤3，为防止电力系统正常运行时同步 发电机组 的小幅 波动 引起控制误动，控制策略中增设一个带有时滞的死区判断 框图 ，作为 控制器 的启动条件。所述控制方法基于线性自抗扰控制，无需系统的详细模型，对系统不同的运行方式具有很强的鲁棒性。，下面是一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法专利的具体信息内容。
1.一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，根据VSC-HVDC对同步发电机组的可控能力划分出VSC-HVDC对应的可控机群，并将每个可控机群聚合为一台等效可控机组；将VSC-HVDC和其相应的等效可控机组建立成一个等效可控系统；所述可控能力由加速度作用因子c决定，所述可控机群为受VSC-HVDC调制效果明显的同步发电机组的集合；
步骤2，根据等效可控系统的状态方程，基于线性自抗扰理论设计出一个三阶的线性扩张状态观测器及线性状态反馈控制律，并增加控制输出约束逻辑及附加直流电压越限控制；
步骤3，为防止电力系统正常运行时同步发电机组的小幅波动引起控制误动，控制策略中增设一个带有时滞的死区判断框图，作为控制器的启动条件。
2.根据权利要求1所述的一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤1中等效可控机组的聚合方式具体如下：
步骤11，在电力系统稳态情况时，基于VSC-HVDC的有功功率变化对同步发电机组电磁功率变化的影响及各机组的惯性时间常数，得到加速度作用因子c，分别在c>0和c<0区域，得到加速度作用因子的标幺值 并根据实际需求选取阈值cTH，选择 的模大于cTH的同步发电机组作为该VSC-HVDC的可控同步发电机组，上述所有可控同步发电机组构成该VSC-HVDC的可控机群，所述加速度作用因子c解析上反映了同步发电机组的转子角加速度受VSC-HVDC功率变化的影响；
步骤12，该VSC-HVDC包括至少1台可控同步发电机组，以同步发电机组i的加速度作用因子标幺值 为参数计算同步发电机组i的等效可控权重系数wi，并以wi为参数对可控机群内所有可控同步发电机组的功角和转速进行加权聚合，得到VSC-HVDC的等效可控机组，以及以等效可控机组功角和转速为状态变量的VSC-HVDC等效可控系统状态方程。
3.根据权利要求2所述的一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤11中加速度作用因子c的表达式如式(1)所示：
其中ci为同步发电机组i的加速度作用因子；Mi为同步发电机组i的惯性时间常数；Pi(t)为t秒时同步发电机组i的输出电磁功率；Pdc(t)为t秒时VSC-HVDC的输送有功功率；ε为一个幅值较小的正实数；
所述加速度作用因子标幺值，是面向系统中与VSC-HVDC相关的所有同步发电机组，由于ci在ci>0和ci<0区域内的最大模值不一定相同，因此应在ci>0和ci<0区域分别对ci进行标幺化，如式(2)所示，然后筛选 的模 大于阈值cTH的同步发电机组组成VSC-HVDC的可控机群：
其中阈值cTH是实数，且取值范围是0
对可控机群内所有可控同步发电机组的功角和转速进行加权聚合通过式(4)实现：
式中δi为同步发电机组i的功角；ωi为同步发电机组i的转速；wi为由式(3)得到的同步发电机组i的等效可控权重系数；δeq为等效可控机组的功角；ωeq为等效可控机组的转速；
以δeq和ωeq为状态变量的VSC-HVDC等效可控系统状态方程如式(5)所示：
式中，udc是VSC-HVDC附加控制量；Pdc为VSC-HVDC输送有功功率；Pmi为同步发电机组原动机功率；PGiG为VSC-HVDC直流电磁功率中与其他同步发电机组运行状态相关的分量，该值能够由交直流系统网络方程推导得到；Pdcref为VSC-HVDC输送有功功率参考值；Td为VSC-HVDC有功功率调节时间常数，用于模拟VSC-HVDC输送有功功率参考值改变到VSC-HVDC输送有功功率变化之间的延时，Mi为同步发电机组i的惯性时间常数，n为同步发电机组的个数。
4.根据权利要求1所述的一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：
步骤21，根据等效可控系统的状态方程，定义新状态变量，得到等效可控系统新状态方程，使等效可控机组的转速差作为新状态方程的输出变量，直流附加有功功率控制量作为新状态方程的输入变量；根据新状态方程定义扩张状态量，从而设计一个三阶的线性扩张状态观测器及线性状态反馈控制律；
步骤22，设计控制输出约束逻辑，以表征直流运行设备对VSC-HVDC有功功率调节能力的限制；同时，设计直流电压越限控制，使控制策略在直流运行电压高于额定值一定水平时限制控制器输出信号幅值。
5.根据权利要求4所述的一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤21的新状态方程中，需先定义如式(6)的新状态变量：
[z1z2]T＝[y dy/dt]T (6)
把等效可控机组的转速ωeq作为式(6)所示新状态方程的输出变量，表示为：
z1＝y＝ωeq (7)
求y对f和g的李导数，得：
其中wi为同步发电机组i的等效可控权重系数；
获得以z1为输出，以udc为输入的交直流系统新状态方程如式(9):
式中，z1为等效可控机组的转速差，z2为等效可控机组转速差导数，由式(5)知z2与等效可控系统的功率不平衡量相关； 为未知函数；LgLfy为未知的新状态方程输入系数；udc是VSC-HVDC附加控制量，为新状态方程输入量。
6.根据权利要求5所述的一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤21中线性扩张状态观测器及线性状态反馈控制律设计如下：
定义如式(10)所示的扩张状态量：
式中，b0为可调参数；将ψ代入式(9)得：
式中，ζ为扩张状态量的导数，其数值有界；
针对式(9)的二阶系统设计三阶线性扩张状态观测器如下：
式中，e1为系统状态变量在三阶线性扩张状态观测器中观测值与实际值的差值；
为系统状态变量[z1z2ψ]T的观测值；k1、k2、k3为三阶线性扩张状态观测器反馈系数，通过带宽法能够确定反馈系数数值，设置三阶线性扩张状态观测器带宽为ω0，则三阶线性扩张状态观测器反馈系数与带宽关系如式(13)所示：
s3+k1s2+k2s+k3＝(s+ω0)3 (13)
式中s为频域变量；
根据三阶线性扩张状态观测器得到的观测量，设计线性状态反馈控制律如下：
式中，udc为线性状态反馈控制律的输出信号，v为线性状态反馈控制律的虚拟控制律，l1和l2为线性状态反馈控制律的反馈系数，利用带宽法确定线性状态反馈控制律的反馈系数数值，设置带宽为ωc，线性状态反馈控制律的反馈系数与带宽ωc关系如式(15)所示：
2 2
s+l1s+l2＝(s+ωc) (15)
式中s为频域变量。
7.根据权利要求6所述的一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤22中控制输出约束逻辑如式(16)所示：
udcmin≤udc≤udcmax (16)
式中，udcmin和udcmax分别为控制输出信号下限值和上限值，其取值由实际直流系统运行参数确定；
考虑到VSC-HVDC传输有功功率受直流运行设备最大电流约束，所述步骤22中控制输出约束逻辑对所设计的VSC-HVDC线性自抗扰控制输出信号udc进行约束，使VSC-HVDC线性自抗扰控制在不影响直流输电系统正常运行的前提下进行。
8.根据权利要求7所述的一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤22中直流电压越限控制在VSC-HVDC送出功率受阻时，削弱VSC-HVDC线性自抗扰控制的输出信号，同时削弱VSC-HVDC传输有功功率定值，限制VSC-HVDC实际传输功率；直流电压越限控制中，设置Udc为直流电压测量值，Udcmax为直流电压上限值，在Udc超过Udcmax时，直流电压越限控制被触发，以Udc与Udcmax的差值为输入，通过PI控制器输出Δudc，并将Δudc叠加到VSC-HVDC线性自抗扰控制的输出信号udc上，直流电压越限控制中涉及的PI控制率如式(17)所示：
其中，K为PI控制器参数，Δudc为PI控制器输出信号。
9.根据权利要求1所述的一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制法，其特征在于，步骤3中针对线性扩张状态观测器的启动判断逻辑如下：定义控制器启动判断指标为 其中λ1、λ2为权重系数；定义ξ为启动阈值，th为设定时延，ts为
满足Ω≤ξ的持续时间；当控制器启动判断指标Ω大于启动阈值ξ时，控制器被触发启动；当判断指标Ω低于启动阈值ξ的持续时间ts大于设定时延th时，控制器退出运行。
一种改善系统暂态稳定的VSC-HVDC线性自抗扰控制方法
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