汤建华[1]2003年在《高压直流输电系统换流站的鲁棒自适应输出反馈控制》文中指出高压直流输电系统(HVDC)是一个典型的非线性控制系统。直流输电线路中的换流器具有很强的非线性，系统的运行工况随时都会发生改变，系统扰动发生的地点、类型及严重程度具有随机性；此外，换流器还含有未建模动态部分，这些因素使得基于直流输电系统准静态模型的常规控制器设计方法常常不能很好地满足系统的实际要求。目前，在高压直流输电系统换流器控制应用领域中常用的控制方法还是经典的PI控制，对干扰影响反应强烈，鲁棒性能差，不能解决电力系统中的未建模动态和非线性动态不确定性等缺点。 本文在文献[22]的基础上，对高压直流输电系统换流站动态模型进行变换处理，将其化为一类具有含未建模动态和有界扰动的输入-输出非线性系统，并设计了一种鲁棒自适应输出反馈控制器，利用非线性阻尼项来抑制系统的动态不确定性和有界扰动，引入一动态信号来抑制系统的未建模动态。Lyapunov稳定性分析结果表明，本文所提出的控制器保证了闭环系统内的所有信号都是有界的，通过选择适当的设计参数，可以使跟踪误差的均方根任意小。并且这种控制器的设计不需要有精确的系统动态模型，不需要未知参数来满足线性依赖条件，不需要具体的系统参数估计，即使存在未建模动态和有界扰动，系统仍然具有很好的鲁棒性。 将设计的控制器应用到一个叁机直流输电系统中，并利用NETOMAC软件对换流站控制进行了仿真实验。通过换流站控制的仿真实验，与传统的PI控制仿真结果相比较，这种新颖的换流站控制器更加符合实际，具有抑制系统未建模动态和有界扰动的能力，因此具有更强的鲁棒性和自适应学习能力以及较好的动态性能。
钱甜甜[2]2016年在《VSC-HVDC系统的鲁棒及优化控制策略研究》文中提出基于电压源换流器的高压直流(voltage source converter-based high voltagedirect current, VSC-HVDC)输电系统与传统的基于电流源换流器的高压直流(current source converter-based high voltage direct current, CSC-HVDC)输电系统相比,具有可以向无源网络供电、独立控制有功无功功率、能够互联非同步电网等优势,因此得到了世界各国的重视与应用。我国的柔性直流工程近十几年来发展迅速,已相继有舟山、南澳、大连、厦门和张北五大项目投入运行,但对于VSC-HVDC系统的控制策略仍有若干关键问题亟待解决,现有VSC-HVDC系统的换流站级控制大多基于传统PI控制,其鲁棒性较差；多端VSC-HVDC系统的系统级控制以主从控制和多点电压下垂控制为主,这两种方法均不能同时兼顾可靠性和控制精度。本文针对如何提高VSC-HVDC系统的鲁棒性、动态性和精确性等问题,展开了较为深入的研究工作,取得的成果如下：提出了一种基于定量反馈理论的VSC-HVDC系统的换流站级鲁棒控制策略。为了提高VSC-HVDC系统的换流器级控制的鲁棒性,并且易于对频域控制理论较为熟悉的工程人员理解、操作,论文在研究d-q矢量解耦双环控制结构的基础上,应用基于频域的定量反馈理论,设计了VSC-HVDC系统换流器的双环鲁棒控制策略。在PSCAD中的仿真结果表明,所提控制策略在换流站参数有较大变化,交流侧短路和换流站交流侧电压突变等情形下的控制效果均优于PI控制。提出了一种适用于计算机采样的VSC-HVDC系统的离散数学模型和换流站级非线性鲁棒控制策略。由于VSC-HVDC是一个多输入多输出的强非线性系统,论文采用非线性反馈线性化方法建立了VSC-HVDC系统线性化后的离散数学模型,并在此基础上采用离散滑模控制方法设计了鲁棒控制策略。为了保证该策略在准滑模状态下的有效性,在输出反馈中采用了快速输出采样技术。MATLAB/SIMULINK中的实验结果表明,所提控制策略可以使VSC-HVDC系统在换流站指令值反转阶跃变化和换流站参数发生变化的扰动情形下,均能保持稳定运行。提出了一种基于PCHD模型的无源控制与滑模控制相结合的换流站级非线性鲁棒控制策略。针对VSC-HVDC系统的非线性特性,论文提出了一种基于PCHD模型的无源控制策略,可以使VSC-HVDC系统具有更好的动、静态性能。但是该策略依赖于精确的系统参数模型,当系统遭遇扰动时,系统的运行参数的变化会导致所设计控制器的鲁棒性变差。为了解决这一问题,在所设计的基于PCHD模型的无源控制策略基础加入了滑模控制,借助其良好的鲁棒性和设计的简便性,来提高VSC-HVDC系统的鲁棒性。在MATLAB/SIMULINK中的仿真结果表明,所提控制策略在换流站功率指令值阶跃、交流侧母线短路和换流站参数发生变化的情形下,均能使VSC-HVDC系统运行良好。提出了一种多端VSC-HVDC系统的优化控制策略。针对VSC-HVDC系统在现行下垂控制策略下实际运行值与期望值之间存在较大偏差这一问题,论文详细分析了存在偏差的原因,即当功率和电压指令值均直接设定为期望运行值时,未考虑实际运行中直流线路电阻和换流器损耗的影响,则根据下垂特性,会引起较大的功率偏差。为了减少该偏差,论文提出了一种采用各端换流器实际稳态运行点(即计算潮流值)作为控制参考值的下垂控制策略,在PSCAD中的仿真结果表明,此种策略可有效减少实际运行值与期望值之间的偏差,进而优化了下垂控制方式下多端系统的运行结果。同时为保证能够快速、精确地计算出潮流值,论文提出了一种基于节点电流关系的下垂控制方式下多端交直流系统潮流计算方法,在MATLAB中的程序运算结果表明,该计算方法与现有基于节点功率的方法相比,更具快速性、精确性和鲁棒性。
汤建华, 刘玉生, 李兴源[3]2004年在《高压直流输电系统换流站鲁棒自适应输出反馈控制》文中提出针对高压直流输电系统,设计了一种鲁棒自适应输出反馈控制器。首先,将高压直流输电系统换流站动态模型转换成用输入-输出表示的非线性系统。然后,利用自适应非线性阻尼项来抑制系统的非线性动态不确定性和未知有界扰动,应用Lyapunov稳定性理论构造出控制器和自适应参数的表达式。Iyapunov稳定性分析结果表明,文中所提出的控制器保证了闭环系统的稳定性。最后,将设计的控制器应用到一个3机直流输电系统中,仿真结果表明,与传统的PI控制器相比较,文中控制器可大大提高系统的稳定性和鲁棒性。
刘志江[4]2017年在《多端柔性直流输电系统的自抗扰控制策略研究》文中认为由于基于多电平模块化换流器的多端柔性直流输电系统(Modular Multilevel Converter-Multi-Terminal Direct Current,MMC-MTDC),在高压直流电网、分布式能源接入、孤岛供电、异步联网、直流配电网等方面的优势,得到学术界和工程界的重视。MMC-MTDC系统与两端柔性直流输电系统相比,由于系统内有更多的换流站,潮流的调配和电压控制将更加复杂,所以如何协调各换流站在各种工况下保证直流系统的稳定运行是建设MMC-MTDC的研究重点。本文采用理论分析和仿真验证相结合,以MMC-MTDC的离散数学模型、换流器级控制、系统级控制为研究核心,将变目标控制、自抗扰控制、模糊控制引入MMC-MTDC的控制当中,目的是提高MMC-MTDC的稳态运行性能和暂态运行性能并通过仿真验证了所提出的控制策略的有效性。本文首先为了适应微机控制,根据连续的MMC-HVDC数学模型,推导出离散的MMC-HVDC数学模型,并且根据其数学模型推导出离散的MMC-HVDC的内外环控制。随后对MMC-MTDC的系统级控制策略如主从控制策略、直流电压偏差控制策略、直流电压斜率控制策略的原理和特点进行研究,为下文研究作铺垫。其中对直流电压斜率控制进行改进,由于直流电压斜率控制的斜率参数会影响MMC-MTDC故障后的恢复,且因MMC-MTDC是一个高阶非线性系统,难以得到其准确的数学模型,导致直流电压斜率控制参数难以准确地整定。将模糊控制引入直流电压斜率控制中,根据直流电压水平和直流电压变化率来确定斜率参数,并根据不同的运行工况确定不同的模糊推理规则。最后所设计的控制策略进行仿真验证,仿真结果表明该控制策略与直流电压固定斜率控制相比能加快系统的恢复速度和有效维持系统的稳定运行。然后论文分析了柔性直流输电传统双环控制策略的缺点,提出了一种MMC-HVDC的变目标控制方法,在双环控制的目标值输入后添加一个新的控制环节,将最终的目标值分成多个小目标,分步达到目标值,经仿真验证所设计的控制策略能提高控制系统的鲁棒性和快速性,并且降低其超调量。接着分析了自抗扰控制的原理和优点,将自抗扰控制应用在MMC-MTDC的控制系统中,设计了基于自抗扰控制的内外环控制,随后也提出了一种基于自抗扰控制的直流电压偏差控制策略,其相比于传统的直流电压偏差控制策略切换控制方式更快,对目标值跟踪更快速。最后在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真验证,结果证明所设计的基于自抗扰控制的直流电压偏差控制策略的有效性。
董栓[5]2015年在《直流混联及控制技术在风电并网中的研究及应用》文中进行了进一步梳理保证充足可靠的电力供应是促进我国经济社会可持续发展的必要条件。我国的电源结构以火电为主,一方面,火力发电所消耗的化石能源储量有限；另一方面,化石能源的燃烧会给生态环境带来很大危害。因此,以合理的方式、有规划地、尽可能多地在电网中接入以风力发电为代表的新能源,推动我国能源结构的战略性调整势在必行。风电有交流及直流两种并网接入方式；相比于交流接入方式,直流接入方式具有能实现非同步互联、不改变两端交流系统短路容量等优点。现有的直流技术中,VSC-HVDC和LCC-HVDC各具特点,但适用场景有所不同。本文探讨了如何利用由VSC换流站和LCC换流站组成的混联多端直流输电网络来接入大容量风电时所面临的技术问题,针对该系统中各换流站的控制和整个系统的协调控制策略开展研究,主要研究内容包括：1)指出同步逆变器的不足之处,并对其进行改进。经改进后,同步逆变器不仅能够限制其交流侧的输出电流,而且能够在系统发生扰动时,确保所连接电网的功角稳定性和电压稳定性。2)分析、比较了几种多端直流系统的典型协调控制策略：主从控制,电压裕度控制,电压下垂控制；针对含2个LCC换流站和多个VSC换流站、接入大容量风电的直流电网,提出了一种不依赖通信系统的新型多端直流协调控制策略——主动电压反馈控制。3)在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了改进同步逆变器模型。通过仿真指出：改进前的同步逆变器不能实现无差调频,并且在故障情况下容易发生过流；改进后的同步逆变器可以实现二次调频,并且故障情况下能限制其交流电流输出。4)在PSCAD/EMTDC仿真平台中,根据本文提出的主动电压反馈控制策略,搭建了含2个LCC换流站和3个VSC换流站的混联多端直流电网,通过时域仿真验证了系统正常工况下的稳态运行特性,并分析了故障情况下系统的暂态运行特性以及控制环节中关键参数对系统运行状态的影响。
徐泽龙[6]2016年在《DFIG风电场的VSC-HVDC换流站控制的研究》文中研究说明为了实施可持续发展的国家基本战略,风能作为开发和利用技术较为成熟的可再生能源,得到了大力发展。而由双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)构成的风力发电系统可以实现变速恒频控制,提高了风能的捕获效率和机组容量,得到了越来越广泛的应用。但是风电场的选址往往较偏,远离大城市负荷中心,所以风电的远距离传输和并网显得也越来越重要。而随着全控型电力电子器件制造技术的发展,基于电压源换流器的高压直流输电技术(high voltage direct current transmission based on voltage source converter,VSC-HVDC)得到迅速发展,可以实现有功和无功的解耦控制。但是风能本身的间歇性造成的功率波动和电网本身的扰动对风电并网系统的可靠性和稳定性的影响已经成为风力新能源发电的障碍。为了提高VSC-HVDC系统对DFIG风电场功率波动的适应性,需要对DFIG风电场的VSC-HVDC系统的控制策略进行研究。论文首先介绍了DFIG的工作原理以及基于定子电压定向的矢量控制策略,并建立了叁相静止坐标系下和两相同步旋转坐标系下DFIG的数学模型,实现了双PWM变换器的单位功率因数运行和直流母线电压的稳定,同样也实现了对DFIG有功、无功功率的解耦控制;其次,在叁相静止坐标系下和两相同步旋转坐标系下建立了VSC-HVDC系统的数学模型,对VSC-HVDC的工作特性进行分析,并对VSC-HVDC系统的换流站级控制方法进行讨论。为了验证理论分析得到的数学模型以及控制策略的正确性,在Matlab/Simulink平台上分别搭建了DFIG模型和两端连接有源网络的VSC-HVDC系统,第二章的仿真结果验证了DFIG的运行特性和矢量控制策略。第四章将模糊免疫PID的控制方法应用于双闭环控制结构的内环电流控制器,并在Matlab/Simulink平台上搭建模型,与传统的经工程整定方法设计的双闭环比例-积分(proportion integration,PI)控制器进行对比,仿真验证所设计的控制器具有更好功率跟踪性能和抗扰性能。最后,在第二章和第四章的基础上,在Matlab/Simulink平台上搭建了DFIG风电场的VSC-HVDC系统模型,用分段控制对第四章设计的控制器进行改进,改善了功率进入稳态后的波形,并且验证了该控制器在DFIG风电场并网的VSC-HVDC系统的有效性,为工程实践提供了一种方案,具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]. 高压直流输电系统换流站的鲁棒自适应输出反馈控制[D]. 汤建华. 四川大学. 2003
[2]. VSC-HVDC系统的鲁棒及优化控制策略研究[D]. 钱甜甜. 华中科技大学. 2016
[3]. 高压直流输电系统换流站鲁棒自适应输出反馈控制[J]. 汤建华, 刘玉生, 李兴源. 电力系统自动化. 2004
[4]. 多端柔性直流输电系统的自抗扰控制策略研究[D]. 刘志江. 华南理工大学. 2017
[5]. 直流混联及控制技术在风电并网中的研究及应用[D]. 董栓. 中国电力科学研究院. 2015
[6]. DFIG风电场的VSC-HVDC换流站控制的研究[D]. 徐泽龙. 华南理工大学. 2016
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