一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法
专利汇可以提供一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法，属于电 力 输送技术领域，以解决换流站直流 输出 电压 波动 导致与之互联的换流站输出直流电压与交流网络波动的问题。方法包括建立VSC小 信号 模型、建立VSC所连交流网络小信号模型、建立VSC所连直流网络小信号模型、建立三端柔性直流输电系统小信号模型、建立三端柔性直流输电系统 状态空间 模型、设计解耦补偿器，使得广义被控对象形成对 角 优势、设计多端柔性直流输电系统内模解耦控制策略。本发明采用内模解耦控制策略弱化多端柔性直流输电系统中换流站之间的耦合，增强各换流站相互独立运行能力，增加整个系统的 稳定性 。，下面是一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法专利的具体信息内容。
1.一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法，其特征在于：该方法为以下步骤：
步骤一：建立VSC小信号模型：
依托VSC换流器数学模型建立VSC小信号模型；
步骤二：建立VSC所连交流网络小信号模型：
依托VSC所连交流网络图建立VSC所连交流网络小信号模型；
步骤三：建立VSC所连直流网络小信号模型：
依托VSC所连直流网络图建立VSC所连直流网络小信号模型；
步骤四：建立三端柔性直流输电系统小信号模型：
在以上步骤所得的VSC小信号模型、VSC所连接交流网络小信号模型、VSC所连直流网络小信号模型的基础上构建全局小信号模型；
步骤五：建立三端柔性直流输电系统状态空间模型：
对所得VSC小信号模型、VSC所连接交流网络小信号模型、VSC所连直流网络小信号模型以及全局小信号模型进行整理，进而可得状态空间模型；
步骤六：设计解耦补偿器，使得广义被控对象形成对角优势：
设计解耦补偿器Ke、Kf，使得广义被控对象Q(s)形成对角优势，
利用串联常数补偿器Ke与并联常数补偿器Kf实现对角优势的系统图推导出下式：
Q-1(s)＝Ke-1G-1(s)+Kf＝T-1(s)+Kf
被控对象G(s)的对角优势化分两步进行：
第一步为设计串联常数补偿器Ke；
第二步为设计并联常数补偿器Kf；
步骤七：设计多端柔性直流输电系统内模解耦控制策略：
采用多端柔性直流输电系统内模解耦控制系统框图，对多端柔性直流输电系统内模解耦控制系统进行设计。
2.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法，其特征在于：
步骤一中建立的VSC小信号模型为：
式中，Udi0、 分别为其状态变量所对应的稳态值。
3.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法，其特征在于：
步骤二中建立的VSC所连交流网络小信号模型为：
其中：Δisdi、Δisqi为Δisi在此旋转坐标系下dq轴分量；
Δusdi、Δusqi为 在此坐标系下的dq轴分量；
Δucdi、Δucqi分别为 在此坐标系下的dq轴分量；
ΔPi、ΔQi为交流侧注入换流站的有功、无功功率。
4.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法，其特征在于：
步骤一中建立的VSC所连直流网络小信号模型为：
其中：Rij+Lij为节点i与节点j之间的等效阻抗；
Ci表示对应节点的对地电容；
iij表示从节点i流向节点j的电流；
Udi表示对应节点的对地电压，即换流站输出的直流电压；
idi为换流站输出直流电流。
5.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法，其特征在于：
步骤五中建立的三端柔性直流输电系统状态空间模型为：
x＝[Δisd1 Δisq1 Δusd1 Δusq1 Δucd1 Δucq1 ΔUd1Δid12 Δisd2 Δisq2 Δusd2 Δusq2 Δucd2 Δucq2 ΔUd2Δid13 Δisd3 Δisq3 Δucd3 Δucq3 ΔUd3 Δi23]Tu＝[ΔUcd1 ΔUcq1 ΔUcd2 ΔUcq2 ΔUcd3 ΔUcq3]T
y＝[ΔP1 ΔQ1 ΔUd2 ΔQ2 Δusd3 Δusq3]T
系统矩阵A为22×22的方阵，输入矩阵B为22×6的矩阵，输出矩阵C为6×22的矩阵，D为
6×6的方阵；被控对象G(s)的传递函数矩阵为6×6的方阵，其表达式如下所示：
6.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法，其特征在于：
步骤六中第一步具体为：
设计串联常数补偿器Ke，使得T-1(s)＝Ke-1G-1(s)成为对角优势，
式中，n代表传递函数的阶数，仅用串联常数补偿器Ke使得T-1(s)＝Ke-1G-1(s)成对角优势的充分必要条件是λmax[Nh]＞0h＝1,2…,n，如果不能仅使用串联补偿器Ke使得T-1(s)＝Ke-1G-1(s)形成对角优势，则需要进行第二步设计。
7.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法，其特征在于：
步骤六中第二步具体为：
设计串联常数补偿器Kf，使Q-1(s)＝Ke-1G-1(s)+Kf＝T-1(s)+Kf的非对角元素模之和为最小，即：
由上式可得：
其中串联常数补偿器Ke由伪对角化方法求得，若T-1(s)＝Ke-1G-1(s)满足下式则被控对象G(s)可由串联常数补偿器Ke与并联常数补偿器Kf实现对角优势，
8.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法，其特征在于：
步骤七中设计多端柔性直流输电系统内模解耦控制策略具体为：
采用多端柔性直流输电系统内模解耦控制系统框图，取Gm(s)为可逆对角阵，当取C(s)＝Gm(s)-1时可实现对系统输出的解耦并消除扰动的影响于稳态误差，多端柔性直流输电系统内模解耦控制系统设计步骤如下：
第一步：取补偿后的广义被控对象的对角元素为内部模型Gm(s)：
Gm(s)＝diag{gm1(s) gm2(s) gm3(s) gm4(s) gm5(s) gm6(s)}
第二步：对模型Gm(s)按照最小相位稳定部分Gm-(s)与剩余部分Gm+(s)进行分解，对Gm-(s)进行求逆设计控制器，为保证控制器的可实现并增强系统鲁棒性引入滤波器F(s)：
F(s)＝diag{f1(s) f2(s) f3(s) f4(s) f5(s) f6(s)}
式中 αi是gm-(s)分子分母多项式阶数之差，εi
为引入的滤波器时间常数，因此内模控制器C(s)如下式所示：
C(s)＝diag{C1(s) C2(s) C3(s) C4(s) C5(s) C6(s)}
式中
所设计的内模控制器中只有6个滤波器常数εi(i＝1,2,3,4,5,6)需要调整，来改善系统的调节品质。
一种多端柔性直流输电系统的内模解耦控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
步骤一：建立VSC小信号模型：
依托VSC换流器数学模型建立VSC小信号模型；
步骤二：建立VSC所连交流网络小信号模型：
依托VSC所连交流网络图建立VSC所连交流网络小信号模型；
步骤三：建立VSC所连直流网络小信号模型：
依托VSC所连直流网络图建立VSC所连直流网络小信号模型；
步骤四：建立三端柔性直流输电系统小信号模型：
在以上步骤所得的VSC小信号模型、VSC所连接交流网络小信号模型、VSC所连直流网络小信号模型的基础上构建全局小信号模型；
步骤五：建立三端柔性直流输电系统状态空间模型：
对所得VSC小信号模型、VSC所连接交流网络小信号模型、VSC所连直流网络小信号模型以及全局小信号模型进行整理，进而可得状态空间模型；
步骤六：设计解耦补偿器，使得广义被控对象形成对角优势：
设计解耦补偿器Ke、Kf，使得广义被控对象Q(s)形成对角优势，
利用串联常数补偿器Ke与并联常数补偿器Kf实现对角优势的系统图推导出下式：
Q-1(s)＝Ke-1G-1(s)+Kf＝T-1(s)+Kf
被控对象G(s)的对角优势化分两步进行：
第一步为设计串联常数补偿器Ke；
第二步为设计并联常数补偿器Kf；
步骤七：设计多端柔性直流输电系统内模解耦控制策略：
采用多端柔性直流输电系统内模解耦控制系统框图，对多端柔性直流输电系统内模解耦控制系统进行设计。
Δusdi、Δusqi为 在此坐标系下的dq轴分量；
Δucdi、Δucqi分别为 在此坐标系下的dq轴分量；
ΔPi、ΔQi为交流侧注入换流站的有功、无功功率。
Ci表示对应节点的对地电容；
iij表示从节点i流向节点j的电流；
Udi表示对应节点的对地电压，即换流站输出的直流电压；
idi为换流站输出直流电流。
y＝[ΔP1 ΔQ1 ΔUd2 ΔQ2 Δusd3 Δusq3]T
系统矩阵A为22×22的方阵，输入矩阵B为22×6的矩阵，输出矩阵C为6×22的矩阵，D为
6×6的方阵；被控对象G(s)的传递函数矩阵为6×6的方阵，其表达式如下所示：
设计串联常数补偿器Ke，使得T (s)＝Ke G (s)成为对角优势，
式中，n代表传递函数的阶数，仅用串联常数补偿器Ke使得T-1(s)＝Ke-1G-1(s)成对角优-1
势的充分必要条件是λmax[Nh]＞0h＝1,2…,n，如果不能仅使用串联补偿器Ke使得T (s)＝Ke-1G-1(s)形成对角优势，则需要进行第二步设计。
由上式可得：
其中串联常数补偿器Ke由伪对角化方法求得，若T-1(s)＝Ke-1G-1(s)满足下式则被控对象G(s)可由串联常数补偿器Ke与并联常数补偿器Kf实现对角优势，
第一步：取补偿后的广义被控对象的对角元素为内部模型Gm(s)：
Gm(s)＝diag{gm1(s) gm2(s) gm3(s) gm4(s) gm5(s) gm6(s)}
第二步：对模型Gm(s)按照最小相位稳定部分Gm-(s)与剩余部分Gm+(s)进行分解，对Gm-(s)进行求逆设计控制器，为保证控制器的可实现并增强系统鲁棒性引入滤波器F(s)：
F(s)＝diag{f1(s) f2(s) f3(s) f4(s) f5(s) f6(s)}
式中 αi是gm-(s)分子分母多项式阶数之差，
εi为引入的滤波器时间常数，因此内模控制器C(s)如下式所示：
C(s)＝diag{C1(s) C2(s) C3(s) C4(s) C5(s) C6(s)}
式中 所设计的内模控制器中
只有6个滤波器常数εi(i＝1,2,3,4,5,6)需要调整，来改善系统的调节品质。
附图说明
图1为本发明的VSC换流器数学模型；
图2为本发明中VSC所连交流网络图；
图3为本发明中VSC所连直流网络图；
图4为本发明中三端柔性直流输电系统结构；
图5为本发明中利用串并联常数补偿器实现对角优势的示意图；
图6为本发明中内模解耦控制系统框图。
具体实施方式
VSC换流器数学模型如图1所示，
其中 为PWM调制信号的dq轴分量，
Ucdi、Ucqi为交流测基频相电压dq轴分量，
K为换流站增益，Tσ为开关周期。
式中，Udi0、 分别为其状态变量所对应的稳态值。
其中：理想电压源电压相量为Ei∠0°，交流网络等效阻抗为Rni+Lni，公共连接点(PCC)的电压为Usi∠θ°，电流为isi∠η°，联结变压器加相电抗器的等效阻抗为Ri+Li，换流站交流侧电压为Uci∠ξ°，Udi为换流站直流侧输出电压。
其中Δisdi、Δisqi为Δisi在此旋转坐标系下dq轴分量，Δusdi、Δusqi为 在此坐标系下的dq轴分量，Δucdi、Δucqi分别为 在此坐标系下的dq轴分量，ΔPi、ΔQi为交流侧注入换流站的有功、无功功率。
VSC所连直流网络小信号模型如上式所示，
其中Rij+Lij为节点i与节点j之间的等效阻抗，Ci表示对应节点的对地电容，iij表示从节点i流向节点j的电流，Udi表示对应节点的对地电压，即换流站输出的直流电压，idi为换流站输出直流电流。
x＝[Δisd1 Δisq1 Δusd1 Δusq1 Δucd1 Δucq1 ΔUd1 Δid12 Δisd2 Δisq2 Δusd2 Δusq2 Δucd2 Δucq2 ΔUd2 Δid13 Δisd3 Δisq3 Δucd3 Δucq3 ΔUd3 Δi23]Tu＝[ΔUcd1 ΔUcq1 ΔUcd2 ΔUcq2 ΔUcd3 ΔUcq3]T
y＝[ΔP1 ΔQ1 ΔUd2 ΔQ2 Δusd3 Δusq3]T
系统矩阵A为22×22的方阵，输入矩阵B为22×6的矩阵，输出矩阵C为6×22的矩阵，D为
6×6的方阵；被控对象G(s)的传递函数矩阵为6×6的方阵，其表达式如下所示：
被控对象G(s)的对角优势化分两步进行：
第一步为设计串联常数补偿器Ke；第二步为设计并联常数补偿器Kf。
-1 -1 -1
T (s)＝Ke G (s)成对角优势的充分必要条件是λmax[Nh]＞0h＝1,2…,n，如果不能仅使用串联补偿器Ke使得T-1(s)＝Ke-1G-1(s)形成对角优势，则需要进行第二步设计。
-1 -1 -1
其中串联常数补偿器Ke由伪对角化方法求得，若T (s)＝Ke G (s)满足下式则被控对象G(s)可由串联常数补偿器Ke与并联常数补偿器Kf实现对角优势：
出矩阵，y(s)＝[ΔP1 ΔQ1 ΔUd2 ΔQ2 Δusd3 Δusq3]T，u(s)为6×1的被控对象实际控制矩阵,v(s)为6×1的广义控制矩阵，G(s)为6×6的被控对象传递函数矩阵，Gm(s)为6×6的内部模型传递函数矩阵，C(s)为6×6的控制器传递函数矩阵，F(s)为6×6的滤波器传递函数矩阵，Ke为6×6的串联常数补偿矩阵，Kf为6×6的并联常数补偿矩阵，Q(s)为6×6的实现对角优势后的广义被控对象，d(s)为6×1的扰动输入矩阵。
Gm(s)＝diag{gm1(s) gm2(s) gm3(s) gm4(s) gm5(s) gm6(s)}。
式中 αi是gm-(s)分子分母多项式阶数
之差，εi为引入的滤波器时间常数，因此内模控制器C(s)如下式所示：
C(s)＝diag{C1(s) C2(s) C3(s) C4(s) C5(s) C6(s)}
式中 所设计的内模控制器中只
有6个滤波器常数εi(i＝1,2,3,4,5,6)需要调整，来改善系统的调节品质。
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