基于状态反馈线性化法的多馈入高压直流输电系统控制器设计.pdf

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1、第34卷第2期东北电力大学学报Vo1．34．No．22014年4月JournalOfNortheastDianliUniversityApr．，2014文章编号：1005-2992(2014)02—0038—05基于状态反馈线性化法的多馈入高压直流输电系统控制器设计殷琦，李国庆，刘赘静2(1．东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012；2．吉林供电公司，吉林吉林132001)摘要：高压直流输电(HVDC)系统的附加控制器可以改善系统的稳定性。针对多馈人高压直流输电系统，应用非线性控制理论中的状态反馈线性化法

2、设计了直流系统的附加控制器。首先建立了多馈入高压直流输电系统的数学模型，然后推导出稳定控制规律，推导过程中考虑了2条直流系统附加控制的相互影响，最后以一个3机和2条直流线路构成的系统为例进行了仿真研究。研究结果表明：与传统控制器相比，该控制器能更好地改善系统的稳定性。关键词：非线性附加控制器；多馈入直流系统；状态反馈精确线性化中图分类号：TM733文献标识码：A通常直流系统的容量很大，若能控制直流系统的传输容量，便可以为相联的交流系统提供有力的支持，也就是说通过直流调制来改善交直流系统的阻尼特性，同时提高整个系

3、统的暂态稳定性。直流调制的原理是在已有的直流输电控制系统中加入非线性附加控制，从两端交流系统中提取反映系统异常的信号，如大幅度的功率突变，或者大的频率变动，以此来改变直流线路上的传输功率屯j。随着我国电网长距离高压直流输电工程建设的越来越完善，对多馈入HVDC系统的研究也越来越深入，其中的换流器控制对保证系统的性能起到非常重要的作用。本文将非线性控制理论，即将状态反馈线性化法应用于多馈入HVDC系统附加控制器的设计中，以包含2条直流输电线路的3机系统为例，研究多馈入系统中非线性附加控制策略的设计方法。该方法选取

4、三端等值系统的功角差为控制目标，以此判定系统的暂态稳定性是否有所提高。由于该方法需要针对整个系统的结构来推导控制策略，下面将根据具体的系统结构来建立控制系统的数学模型。l控制系统数学模型本文设计的直流系统的附加控制器是以功率调制为目标，直流功率的整定值是根据见图1所示加入一个功率调制信号△尸之后得出的，其中功率调制信号△P之即为附加控制器产生Mode=2一阀的，调制信号经过处理后与原来的功率整组控定值进行整合，所有过程在控制系统的)UM。de△＼P+千I／息罐8d制主控制级中完成，然后以电流指令的形式cmUcm

5、级主控制级进入极控制级，并通过定电流控制器转化为触发角指令进入阀组控制级，最终通过图1换流站基本控制原理图收稿日期：2014-03—10作者简介：殷琦(1988一)，男，吉林省吉林市人，东北电力大学电气工程学院在读硕士研究生，主要研究方向：电力系统安全性与稳定性分析．第2期殷琦等：基于状态反馈线性化法的多馈入高压直流输电系统控制器设计39改变换流器的触发角来达到功率调制的目的。本文采用的模型见图2。F,ic2G图2仿真3机系统模型图2中3台发电机分别代替3个区域的交流系统，输电系统是由高压直流输电线路、整流站、

6、逆变站以及交流输电线路共同构成。这样，只要解决模型等值问题，即使对于更复杂的系统也可以通过以下方法推导出附加控制器的非线性控制规律。模型中等值发电机转子运动方程为：(1)【=0[P一(Dk／to0)一P。]／，式中：。为发电机的额定转速；日为转动惯量；D为阻尼系数；P和P分别为发电机的机械功率和电磁功率，k为常数1、2、3。根据图2所示的三机模型，以发电机G。为参考点，结合各发电机电磁功率以及线路传输功率与系统负荷之间的关系，推导出相对转子角和相对转速构成的转子运动方程：0-)13’【(2)：。=，．公式(2)

7、中：0)o，=P一薏P)一D1一，)一(+t0o)。一0)o+薏)一薏P+薏∑，∞=‘0)0一薏P柑)一(笼：一，)一‘tO0+蔫)尸抛一(薏+tOo)P一薏一薏。+薏∑，其中：PL=PL1+P，2。在分析交直流混合系统时，一般不考虑直流线路的动态特性以及参数，而把对直流功率的调制视为一阶陨性环节，即直流功率的状态方程可写为：』尸如=(一Pdcl+Pdc唧+Mdc)／Td，(3)【P出2=(一尸dc2+Pd啦+dc2)／，式中，P如，为直流功率的给定值；为时间常数；U如为直流系统的控制量。为了直观体现系统的稳定

8、性，我们把各个发电机之间的相对转子角增量作为非线性控制器设计的输出方程，即为：yl()=13—6130，r41(t)=623—6230，、公式(1)一(4)已经构建出整个控制系统的数学模型。东北电力大学学报第34卷2基于状态反馈线性化的控制策略本文采用状态反馈线性化法将所构建的非线性控制系统转化为线性系统。其主要原理是对给，疋明非线性系统()：，(())+“(￡)g(())，通过反馈U