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.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115954955A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202211620556.1(22)申请日2022.12.15(71)申请人华南理工大学地址510640广东省广州市天河区五山路381号(72)发明人邓文扬刘子文杨苹张勇军肖晃庆(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102专利代理师江裕强(51)Int.Cl.H02J3/46(2006.01)H02J3/36(2006.01)权利要求书4页说明书11页附图2页(54)发明名称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(57)摘要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。CN115954955ACN115954955A权利要求书1/4页1.一种针对海上风电直流输电系统的无源鲁棒稳定控制方法，其特征在于，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；S3、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；S4、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；S5、构建PCHD标准模型的期望能量函数；S6、根据系统期望能量函数推导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，从而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。2.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤S1中，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，具体如下：对于海上风电柔性直流并网系统中的电压源换流器(VSC)，Us和is分别为电压源换流器交流侧电压和电流，Uc为电压源换流器输出电压；Usa、Usb、Usc分别为Us的A、B、C三相瞬时值，ia、ib、ic分别为is的A、B、C三相瞬时值，Uca、Ucb、Ucc分别为Uc的A、B、C三相瞬时值；设在电压源换流器(VSC)中三相电压为对称电压，忽略换流器的开关损耗；根据电压源换流器的结构，运用基尔霍夫电压定律可以得出VSC在三相静止坐标系的微分方程如下式：其中，L为换流器的等值电感值，R为换流器的等值电阻。3.根据权利要求2所述的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，其特征在于：步骤S2中，采用等量Park变换，将式(1)中的时变交流项转换为恒定直流量，对式(1)进行Park变换并改写成矩阵形式，具体如下：其中，Usd、Usq分别是Us在dq坐标系下的d轴、q轴分量，Ucd、Ucq是分别是Uc在dq坐标系下的d轴、q轴分量，id、iq分别是is在dq坐标系下的d轴、q轴分量。2CN115954955A权利要求书2/4页4.根据权利要求3所述的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，其特征在于：由于假设三相电压对称，所以Park变换后，0轴分量为零；在考虑建模误差和外界扰动因素后，由式(2)得到电压源换流器(VSC)的数学模型的时域表达式为：其中，wd和wq分别为d轴和q轴的系统建模误差综合干扰项，wd和wq的上界均为wmax，且满足以下关系：式中，wd(t)和wq(t)分别表示t时刻d轴和q轴的系统建模误差综合干扰项。5.根据权利要求4所述的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，其特征在于：步骤S3中，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，具体如下：根据式(3)的数学模型，形成对综合干扰项w(t)的实时跟踪方程如下式：其中，d轴和q轴的系统建模误差综合干扰项wd和wq的实时跟踪值分别为和d轴和q轴的系统建模误差综合干扰项wd和wq的跟踪增