CN102870309A - 便于设计高压（hvdc）控制系统的方法和系统、hvdc系统和优化hvdc系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及便于设计经典高压直流（HVDC）控制系统的方法和系统、用于优化经典高压直流（HVDC）控制系统的方法，以及HVDC控制系统。具体地，本发明包括如下步骤：通过使用时域电流等式来确定用于经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少电流控制性能指标传递函数；通过使用时域电压等式来确定用于经典HVDC控制系统的至少整流器的至少电压控制性能指标传递函数；使用用于整流器和/或逆变器的所确定的电流控制性能指标传递函数和/或用于至少所述整流器的所确定的电压控制性能指标传递函数，以便于设计HVDC控制系统。

Description

便于设计高压(HVDC)控制系统的方法和系统、HVDC系统和优化HVDC系统的方法

背景技术

本发明涉及便于设计经典高压直流（HVDC）控制系统的方法和系统，用于优化经典高压直流（HVDC）控制系统的方法，以及HVDC控制系统。

通常，通过利用例如状态变量逼近法限定经典HVDC控制系统的线性和非线性差分方程的方法和系统来设计HVDC控制系统。所述状态变量逼近法通常需要准确了解交流（AC）系统和相应的直流（DC）系统，且会不期望地涉及复杂的数学运算以及计算密集型运算来得出一个最终结果。

实际上，获得对与经典HVDC控制系统相连的AC系统的准确了解是极其困难的，要是可能的话。就这一点而言，有限的时间约束了HVDC控制实践者，AC系统的不确定性和复杂的数学运算阻止了广泛实际使用状态变量逼近法来导出经典HVDC控制系统的性能指标传递函数（plant transfer function）。

用来设计HVDC控制系统的试错法（trial and error method）需要专业知识，而这专业知识正是目前所紧缺的。此外，这些试错技术是不期望的劳动密集型的且不一定稳健。

就这一点而言，本发明力图至少解决上述提及的问题，并且力图提供一种更快、更方便的设计HVDC控制系统的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种便于设计经典高压直流（HVDC）控制系统的方法，所述方法包括：

通过使用时域电流等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少电流控制性能指标传递函数；

通过使用时域电压等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的至少整流器的至少电压控制性能指标传递函数；

使用用于所述整流器和/或逆变器的所确定的电流控制性能指标传递函数和/或用于所述整流器和/或逆变器的所确定的电压控制性能指标传递函数，以便于设计所述HVDC控制系统。

所述时域电流等式可以是第一时域电流等式：

$I_{\mathrm{dr}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1}).(1-e^{-\mathrm{bt}})& 0<t<T_0\\ 1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1})(1-e^{-b.t})+I_{d1}.(n-p.k.e^{-a.t}+c.k.e^{-a.t}.(\sin \left(\mathrm{wt}\right)-m.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_0\end{array}\right.$

其中：

I_d1可以是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流的振荡分量的第一峰值；

ΔI_d可以是来自标称化零参考值的直流电流的最终值;

$a=\frac{r}{T_1},$ 其中：

T₁可以是与所述直流电流的第一峰值相关联的时间;以及

r可以是常量;

$w=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{T_2},$ 其中:

T₂可以是所述直流电流的振荡分量的第一周期;

k可以是常量;

T_∞可以是所述HVDC控制系统达到最终值所花费的时间;

$b=\frac{\log \left(\frac{1}{11}\right)-\log (1-\frac{10.I_{d1}(1-e^{-1})}{11.\mathrm{\&Delta;}{I}_d})}{-T_{\&infin;}};$ 以及

T_o可以是所选定的以至少避免形成甚高阶模型的时延。在一个可行的示例实施方案中，对于整流器的有效短路比大于约2.6时：m＝0;

0＜r＜1;以及

然而，对于整流器的有效短路比小于约2.6时：m＝1;n＝1;r＝1;q＝1;以及c＝1。

所述时域电流等式可以是第二时域电流等式：

$\mathrm{\&Delta;}{I}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{I}_d(1-e^{-\mathrm{at}}+k|\mathrm{\&Delta;}{I}_d|.e^{-\mathrm{at}}.\sin \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中：

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延；

ΔI_d可以是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流距离初始操作点或位置的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期；以及

k可以是常量。

所述第二时域电流等式可以用于整流器的有效短路比大于约2.6的HVDC控制系统。

常量k可以具有0和1之间的值，优选地为0.25。

所述时域电压等式可以是第一时域电压等式：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d(1-e^{-\mathrm{at}})& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.;$ 以及

其中：

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d可以是所述HVDC控制系统中的直流电压的变化；以及

$a=\frac{1}{T_1},$ 其中:

T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间。

所述时域电压等式可以是第二时域电压等式：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d.(1-e^{-\mathrm{at}}.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中：

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d可以是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;以及

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期。

所述方法可以包括：通过使用所述第二时域电压等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的至少逆变器的电压控制性能指标传递函数。

所述方法可以包括：

确定所述时域电流等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的整流器触发角的拉普拉斯变换；以及

通过确定所述时域电流等式的所确定的拉普拉斯变换和所述整流器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的整流器电流控制性能指标传递函数。

所述整流器电流控制性能指标传递函数可以由下列等式给出：

$P_{\mathrm{cr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中：

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d可以是所述直流电流的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期;

Δα_r可以是所述整流器触发角中的变化;以及

可以是所述整流器控制性能指标传递函数的增益。

所述方法可以包括：使用所述整流器电流控制性能指标传递函数来设计或便于设计用于所述HVDC控制系统的整流器电流控制器。

所述方法还可以包括：

确定所述时域电流等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的逆变器触发角的拉普拉斯变换；以及

通过确定所述时域电流等式的所确定的拉普拉斯变换和所述逆变器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的逆变器电流控制性能指标传递函数。

所述逆变器电流控制性能指标传递函数可以由下列等式给出：

$P_{\mathrm{ci}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中：

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_di可以是所述直流电流的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期;

Δα_i可以是所述逆变器触发角中的变化；以及

可以是所述逆变器控制性能指标传递函数的增益。

所述方法可以包括：使用所述逆变器电流控制性能指标传递函数来设计或便于设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电流控制器。

所述方法还可以包括：

确定所述时域电压等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的整流器触发角的拉普拉斯变换；

通过确定所述时域电压等式的所确定的拉普拉斯变换和所述整流器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的整流器电压控制性能指标传递函数。

所述整流器电压控制性能指标传递函数可以由下列等式给出：

$P_{\mathrm{vr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}\frac{1}{s+a}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;以及

可以是所述整流器电压控制性能指标传递函数的增益。

所述整流器电压控制性能指标传递函数可以被用于设计或便于设计用于所述HVDC控制系统的整流器电压控制器。

所述方法还可以包括：

确定所述第二时域电压等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的逆变器触发角的拉普拉斯变换；以及

通过确定所述第二时域电压等式的所确定的拉普拉斯变换和所述逆变器触发角的所确定的拉普拉斯变换之间的比值，确定所述HVDC控制系统的逆变器电压控制性能指标传递函数。

所述逆变器电压控制性能指标传递函数可以由下列等式给出：

$P_{\mathrm{vi}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}\frac{w}{{(s+a)}^2+w^2}{e}^{-T_d.s}$

其中：

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延；

ΔV_di可以是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期;以及

可以是所述逆变器电压控制性能指标传递函数的增益。

所述逆变器电压控制性能指标传递函数可以被用于设计或便于设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电压控制器。

所述方法还可以包括使用QFT（量化反馈理论）方法来设计所述HVDC控制系统。

根据本发明的第二方面，提供一种便于设计高压直流（HVDC）控制系统的系统，所述系统可以包括：

一个存储器，用于存储数据；

一个处理器，可操作地连接至所述存储器，所述处理器包括：

一个电流控制性能指标传递函数确定模块，被配置以通过使用时域电流等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少电流控制性能指标传递函数；

一个电压控制性能指标传递函数确定模块，被配置以通过使用时域电压等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少电压控制性能指标传递函数；

一个设计模块，被配置以使用用于所述整流器和/或逆变器的所确定的电流控制性能指标传递函数、和/或用于所述整流器或逆变器的所确定的电压控制性能指标传递函数，以便于设计所述HVDC控制系统。

所述电流控制性能指标传递函数确定模块可以被配置以使用下列第一时域电流等式来确定用于所述整流器和/或逆变器的电流控制性能指标传递函数：

$I_{\mathrm{dr}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1}).(1-e^{-\mathrm{bt}})& 0<t<T_0\\ 1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1})(1-e^{-b.t})+I_{d1}.(n-p.k.e^{-a.t}+c.k.e^{-a.t}.(\sin \left(\mathrm{wt}\right)-m.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_0\end{array}\right.$

其中：

I_d1可以是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流的振荡分量的第一峰值;

ΔI_d可以是来自标称化零参考值的直流电流的最终值;

$a=\frac{r}{T_1},$ 其中:

T₁可以是与所述直流电流的第一峰值相关联的时间;以及

r可以是常量;

$w=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{T_2},$ 其中:

T₂可以是所述直流电流的振荡分量的第一周期;

k可以是常量;

T_∞可以是所述HVDC控制系统达到最终值所花费的时间;

$b=\frac{\log \left(\frac{1}{11}\right)-\log (1-\frac{10.I_{d1}(1-e^{-1})}{11.\mathrm{\&Delta;}{I}_d})}{-T_{\&infin;}};$ 以及

T_o可以是所选定的以至少避免形成甚高阶模型的时延。

所述电流控制性能指标传递函数确定模块可以被配置以使用下列第二时域电流等式来确定用于所述整流器和/或逆变器的电流控制性能指标传递函数：

$\mathrm{\&Delta;}{I}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{I}_d(1-e^{-\mathrm{at}}+k|\mathrm{\&Delta;}{I}_d|.e^{-\mathrm{at}}.\sin \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中:

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d可以是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流距离初始操作点或位置的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期；以及

k可以是常量。

所述电压控制性能指标传递函数确定模块可以被配置以使用下列第一时域电压等式来确定用于整流器的至少电压控制性能指标传递函数：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d(1-e^{-\mathrm{at}})& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.;$ 以及

其中：

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d可以是所述HVDC控制系统中的直流电压的变化;以及

$a=\frac{1}{T_1},$ 其中:

T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间。

所述电压控制性能指标传递函数确定模块可以被配置以使用下列第二时域电压等式来确定用于逆变器的至少电压控制性能指标传递函数：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d.(1-e^{-\mathrm{at}}.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中：

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d可以是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;以及

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期。

所述电流控制性能指标传递函数确定模块被配置为：

确定所述时域电流等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的整流器触发角的拉普拉斯变换；

通过确定所述时域电流等式的所确定的拉普拉斯变换与所述整流器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的整流器电流控制性能指标传递函数。

所确定的整流器电流控制性能指标传递函数可以由下列等式给出：

$P_{\mathrm{cr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中：

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d可以是所述直流电流的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期;

Δα_r可以是所述整流器触发角的变化；以及

可以是所述整流器控制性能指标传递函数的增益。

所述电流控制性能指标传递函数确定模块可以被配置为：

确定所述时域电流等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的逆变器触发角的拉普拉斯变换；以及

通过确定所述时域电流等式的所确定的拉普拉斯变换与所述逆变器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的逆变器电流控制性能指标传递函数。

所确定的逆变器电流控制性能指标传递函数可以由下列等式给出：

$P_{\mathrm{ci}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中:

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_di可以是所述直流电流的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期;

Δα_i是所述逆变器触发角的变化；以及

可以是所述逆变器控制性能指标传递函数的增益。所述电压控制性能指标传递函数确定模块可以被配置为：

确定所述时域电压等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的整流器触发角的拉普拉斯变换；以及

通过确定所述时域电压等式的所确定的拉普拉斯变换与所述整流器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的整流器电压控制性能指标传递函数。

所确定的整流器电压控制性能指标传递函数可以由下列等式给出：

$P_{\mathrm{vr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}\frac{1}{s+a}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；以及

可以是所述整流器电压控制性能指标传递函数的增益。

电压控制性能指标传递函数确定模块可以被配置为：

确定所述第二时域电压等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的逆变器触发角的拉普拉斯变换；

通过确定所述第二时域电压等式的所确定的拉普拉斯变换与所述逆变器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的逆变器电压控制性能指标传递函数。

所确定的逆变器电压控制性能指标传递函数可以由下列等式给出：

$P_{\mathrm{vi}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}\frac{w}{{(s+a)}^2+w^2}{e}^{-T_d.s}.$

其中:

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_di可以是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期；以及

可以是所述逆变器电压控制性能指标传递函数的增益。

所述设计模块可以被配置为使用QFT（量化反馈理论）方法来设计所述HVDC控制系统。

根据本发明的第三方面，提供一种便于设计经典高压直流（HVDC）控制系统的方法，该方法包括：

使用整流器电流控制性能指标传递函数：

$P_{\mathrm{cr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中：

关键的输出参数变量是：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_r是所述整流器触发角中的变化；以及

是所述整流器控制性能指标传递函数的增益，设计用于所述HVDC控制系统的整流器电流控制器;

使用逆变器电流控制性能指标传递函数：

${\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{ci}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_di是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_i是所述逆变器触发角的变化；以及

是所述逆变器控制性能指标传递函数的增益，设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电流控制器;

使用整流器电压控制性能指标传递函数:

$P_{\mathrm{vr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}\frac{1}{s+a}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;以及

是所述整流器电压控制性能指标传递函数的增益，

设计用于所述HVDC控制系统的整流器电压控制器；以及

使用逆变器电压控制性能指标传递函数:

$P_{\mathrm{vi}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}\frac{w}{{(s+a)}^2+w^2}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_di是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期；以及

是所述逆变器电压控制性能指标传递函数的增益，

设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电压控制器。

根据本发明的第三方面，提供一种便于设计经典高压直流（HVDC）控制系统的系统，该系统包括：

一个存储器，用于存储数据;

一个处理器，可操作地连接至所述存储器，所述处理器包括:

一个设计模块，被配置为:

使用整流器电流控制性能指标传递函数：

$P_{\mathrm{cr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中:

关键的输出参数变量是:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_r是所述整流器触发角的变化；以及

是所述整流器控制性能指标传递函数的增益，设计用于所述HVDC控制系统的整流器电流控制器;

使用逆变器电流控制性能指标传递函数：

${\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{ci}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_di是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_i是所述逆变器触发角的变化；以及

是所述逆变器控制性能指标传递函数的增益，设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电流控制器;

使用整流器电压控制性能指标传递函数:

$P_{\mathrm{vr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}\frac{1}{s+a}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延；

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;以及

是所述整流器电压控制性能指标传递函数的增益，

设计用于所述HVDC控制系统的整流器电压控制器；以及

使用逆变器电压控制性能指标传递函数:

$P_{\mathrm{vi}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}\frac{w}{{(s+a)}^2+w^2}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_di是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期；以及

是所述逆变器电压控制性能指标传递函数的增益，

设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电压控制器。

根据本发明的第四方面，提供一种优化经典高压直流（HVDC）控制系统的方法，该方法包括：

通过使用至少时域电流等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少优化的电流控制性能指标传递函数；

通过使用时域电压等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少优化的电压控制性能指标传递函数；以及

使用用于所述整流器和/或逆变器的所确定的优化的电流控制性能指标传递函数和/或用于所述整流器和/或逆变器的所确定的优化的电压控制性能指标传递函数，优化所述HVDC控制系统。

所述时域电流等式可以是第一时域电流等式：

$I_{\mathrm{dr}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1}).(1-e^{-\mathrm{bt}})& 0<t<T_0\\ 1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1})(1-e^{-b.t})+I_{d1}.(n-p.k.e^{-a.t}+c.k.e^{-a.t}.(\sin \left(\mathrm{wt}\right)-m.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_0\end{array}\right.$

其中:

I_d1可以是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流的振荡分量的第一峰值;

ΔI_d可以是来自标称化零参考值的直流电流的最终值;

$a=\frac{r}{T_1},$ 其中:

T₁可以是与所述直流电流的第一峰值相关联的时间；以及

r可以是常量;

$w=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{T_2},$ 其中:

T₂可以是所述直流电流的振荡分量的第一周期;

k可以是常量;

T_∞可以是所述HVDC控制系统达到最终值时所花费的时间;

$b=\frac{\log \left(\frac{1}{11}\right)-\log (1-\frac{10.I_{d1}(1-e^{-1})}{11.\mathrm{\&Delta;}{I}_d})}{-T_{\&infin;}};$ 以及

T_o可以是所选定的以至少避免形成甚高阶模型的时延。所述时域电流等式可以是第二时域电流等式：

$\mathrm{\&Delta;}{I}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{I}_d(1-e^{-\mathrm{at}}+k|\mathrm{\&Delta;}{I}_d|.e^{-\mathrm{at}}.\sin \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中:

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起该HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d可以是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流距离初始参考点或位置的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期；以及

k可以是常量。

所述时域电压等式可以是第一时域电压等式：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d(1-e^{-\mathrm{at}})& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.;$ 以及

其中：

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d可以是所述HVDC控制系统中的直流电压的变化；以及

$a=\frac{1}{T_1},$ 其中:

T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间。

所述时域电压等式可以是第二时域电压等式：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d.(1-e^{-\mathrm{at}}.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中:

T_d可以是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d可以是所述HVDC控制系统中的直流电压的变化;

其中T₁可以是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；以及

其中T₂可以是叠加后的交流波形的周期。

根据本发明的第五方面，提供一种根据上文所描述的方法和系统中的任一个或多个来设计的HVDC控制系统。

附图说明

图1示出了根据一个示例实施方案的可操作地与HVDC控制系统接口的系统的示意图；

图2更加详细地示出了图1的系统的示意图；

图3示出了所测量的直流电流响应的一个图表；

图4示出了特征直流电流响应的一个图表；

图5示出了所测量的直流电流响应的另一图表；

图6示出了特征直流电流响应的另一图表；

图7示出了所测量的直流电压响应的一个图表；

图8示出了特征直流电压响应的一个图表；

图9示出了所测量的直流电压响应的另一图表；

图10示出了特征直流电压响应的另一图表；

图11示出了用于标称整流器电流控制性能指标传递函数的、修改的6dB设计界限（bound）的一个图表；

图12示出了用于标称逆变器电流控制性能指标传递函数的、修改的6dB设计界限的一个图表；

图13示出了用于标称整流器电压控制性能指标传递函数的、修改的6dB设计界限的一个图表；

图14示出了用于标称逆变器电压控制性能指标传递函数的、修改的6dB设计边界的一个图表；

图15示出了-P_CR(s)的波特曲线和尼克尔斯曲线的图表；

图16示出了所设计的PI控制器对P_CR(s)的影响的图表；

图17示出了整流器的直流电流响应的图表；

图18示出了-P_CI(s)的波特曲线和尼克尔斯曲线的更多图表；

图19示出了所设计的PI控制器对P_CI(s)的影响的另一图表；

图20示出了逆变器直流电流响应的图表；

图21示出了图1的经典HVDC系统的启动响应的图表；

图22示出了根据一个示例实施方案的便于设计经典高压直流（HVDC）控制系统的方法的流程图；

图23示出了根据一个示例实施方案的设计经典高压直流（HVDC）控制系统的另一流程图；

图24示出了根据一个示例实施方案的所测量的整流器直流电流响应的图表；

图25示出了根据一个示例实施方案的时延定义的图表；以及

图26示出了计算机系统示例形式的机器的示意性表示，在所述计算机系统中可执行一组使得该机器执行在本文中所讨论的方法中的任一个或多个方法的指令。

具体实施方式

在下列的描述中，出于解释的目的陈述了许多具体细节，从而提供对本公开内容的实施方案的透彻理解。然而，本领域普通技术人员应明了的是，可在不具有这些具体细节的情况下实践本公开内容。

参考附图中的图1至图21、图24和图25，总体由参考数字10指示根据一个示例实施方案的便于设计高压直流（HVDC）控制系统的系统。有利地，该系统10被配置为至少便于如例如图1中所示出的设计HVDC控制系统12。

该系统10包括可操作地连接至存储器16的一个处理器14。存储器16可包括：一个机器可读介质（例如，处理器14中的存储器）、主存储器、和/或硬盘驱动器，该硬盘驱动器承载一组指令以引导处理器14的操作。应理解，处理器14可以是一个或多个微处理器、控制器、或者任何其他合适的计算设备、资源、硬件、软件或者嵌入式逻辑。

处理器14还包括对应于待由系统10所执行的功能任务的多个部件或模块。在这点上，说明书上下文中的“模块”将被理解为包括代码可识别部分、可计算指令或可执行指令、数据或者可计算对象，以实现特定函数、操作、处理或过程。由此得出，模块不需要在软件中实施；模块可以在软件、硬件或者软件和硬件的组合中实施。此外，这些模块不一定需要合并在一个设备中，而是可以扩展在多个设备上。

具体地，处理器14包括一个电流控制性能指标传递函数确定模块18，该模块18被配置为通过使用第一时域电流等式或第二时域电流等式来确定用于经典HVDC系统12的整流器和/或逆变器的至少电流控制性能指标传递函数。

第一时域电流等式可给定为：

$I_{\mathrm{dr}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1}).(1-e^{-\mathrm{bt}})& 0<t<T_0\\ 1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1})(1-e^{-b.t})+I_{d1}.(n-p.k.e^{-a.t}+c.k.e^{-a.t}.(\sin \left(\mathrm{wt}\right)-m.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_0\end{array}\right.$

其中：

I_d1是与HVDC控制系统相关联的直流电流（标幺值（p.u.））的振荡分量的第一峰值；

ΔI_d是来自标称化零参考值的直流电流（标幺值）的最终值；

$a=\frac{r}{T_1},$ 其中：

T₁是与直流电流（标幺值）.r的第一峰值相关联的时间（秒）；以及

r是常量；

$w=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{T_2},$ 其中：

T₂是直流电流的振荡分量的第一周期（秒）；

k是常量（在0和1之间，优选为0.25）；

T_∞是HVDC控制系统达到最终值所花费的时间；

$b=\frac{\log \left(\frac{1}{11}\right)-\log (1-\frac{10.I_{d1}(1-e^{-1})}{11.\mathrm{\&Delta;}{I}_d})}{-T_{\&infin;}};$ 以及

T_o是所选定的以至少避免形成甚高阶模型的时延（秒）。

所测量的对应于等式（A）也即第一时域电流公式的整流器直流电流响应，在图24中示出，然而为便于参考，在图25中示出了T_o的时延定义。

在任何情况下，第二时域电流等式可给定为：

$\mathrm{\&Delta;}{I}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{I}_d(1-e^{-\mathrm{at}}+k|\mathrm{\&Delta;}{I}_d|.e^{-\mathrm{at}}.\sin \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中：

T_d是时延（秒）；

ΔI_d是直流电流的变化（标幺值）;

T₁被定义为衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间（秒）；

T₂被定义为叠加为交流波形的周期（秒）；

k是被选择为0.25的常量（0＜k≤1）。

为简洁，在本说明书中将交互地使用术语等式、公式和函数。

等式（A）可方便地仅用于获得整流器电流控制性能指标传递函数。然而，在其他示例实施方案中，通过等式（A）引入的原理可被扩展至其他领域，例如逆变器电流控制性能指标传递函数等。

在任何情况下，应注意，等式（A）具有宽范围的操作和用途，因为它可有利地用于确定整流器电流控制性能指标传递函数，用于改变整流器有效短路比（下面所讨论的）的值或范围。具体地，在整流器有效短路比大于约2.6时，则：

m＝0； $n=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_d}{I_{d1}};$ $p=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_d}{k.I_{d1}};$ 0＜r＜1；以及 $c=\frac{{{\mathrm{\&Delta;I}}^2}_d}{I_{d1}}.$

由此得出，在整流器有效短路比大于2.6的情况下，等式（A）基本上约为等式（1）。

然而，在整流器有效短路比小于约2.6时，则：m＝1；n＝1；r＝1；q＝1；以及c＝1。

在任何情况下，借助上面的简要讨论且更重要地为便于解释，现在将仅参考等式（1）以及其中整流器有效短路比大于2.6的情况。然而，本领域普通技术人员应理解，具体参考等式（1）所做出的相似操作和考量可以很容易地扩展到等式（A）。

此外，应理解，经典HVDC系统的标准稳态操作点被定义为操作的稳定（或者均衡）点，经典HVDC系统可被认为在标准稳态操作点周围是线性的。

因而，可认为经典HVDC系统在稳定操作点周围是“线性非时变系统”。

“线性非时变系统”的脉冲响应通过如下操作来确定：首先确定阶跃响应，之后利用通过对阶跃响应求导数获得脉冲响应这一事实。脉冲响应的拉普拉斯变换被定义为“线性非时变系统”的传递函数。在这点上，电流等式（1）可以方便的是特征直流电流响应。在任何情况下，通过确定阶跃响应的拉普拉斯变换与阶跃输入的拉普拉斯变换的比值来明确获得性能指标传递函数。

通过确定经典HVDC系统的小信号阶跃响应的拉普拉斯变换与整流器触发角（firing angle）或逆变器触发角的阶跃输入的拉普拉斯变换之间的比值，可获得经典HVDC系统的小信号性能指标传递函数，如将在下面所讨论的。

应当注意，图3中示出了所测量的开环控制时域电流响应。使用在等式（1）中所示的时域函数来逼近所测量的电流响应。

使用合适的计算机仿真程序来仿真由等式（1）描述的函数，在图4中示出特征时域响应，连同与初始信号比较时的相关联的误差。图4示出了电流等式（1）充分逼近直流电流对于整流器的触发角中的阶跃变化的响应，这是因为产生的误差不超过1.5%。

根据上面的讨论，为了确定电流控制性能指标传递函数，模块18被方便地布置以确定特征直流电流响应的拉普拉斯变换，或者换句话说用于整流器的电流等式（1）的拉普拉斯变换，其被给定为：

${\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left(s\right)={\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)---\left(2\right)$

模块18还被方便地布置以确定整流器触发角阶跃输入的拉普拉斯变换：

${\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}{s}---\left(3\right)$

因而，由此得知，模块18被布置以确定整流器电流控制性能指标传递函数：

$P_{\mathrm{cr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)---\left(4\right)$

在上面的等式中，关键的输出参数变量是：

T_d是时延（秒）；

ΔI_d是直流电流的变化（标幺值）;

T₁被定义为衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间（秒）；

T₂被定义为叠加后的交流波形的周期（秒）；

Δα_r是整流器触发角的变化（°）；以及

是性能指标传递函数的增益（标幺值/°）。

处理器14方便地包括一个设计模块22，该设计模块22被配置为相比于常规方法和/或系统，更加容易地使用整流器电流控制性能指标传递函数（4）来设计或便于设计HVDC控制系统12的整流器电流控制器。

现在参考附图的图5，其中示出了所测量的开环控制时域电流响应。所测量的电流响应使用电流等式（1）来逼近，如在用于HVDC控制系统12的逆变器的等式（5）中所描述的：

$\mathrm{\&Delta;}{I}_{\mathrm{di}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{I}_d(1-e^{-\mathrm{at}}+k|\mathrm{\&Delta;}{I}_d|.e^{-\mathrm{at}}.\sin \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.---\left(5\right)$

再次仿真电流等式（5），且在图6中示出与之相关联的特征时域响应，连同与初始信号比较时的相关联的误差。图6清楚地示出了电流等式（5）充分逼近直流电流对于逆变器触发角中的阶跃变化的响应，这是因为产生的误差不超过2.0%。

模块18被配置为确定由等式（5）给定的特征直流电流响应的拉普拉斯变换，该拉普拉斯变换由下列等式给定：

${\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left(s\right)={\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)---\left(6\right)$

模块18还被布置以确定逆变器触发角阶跃输入的拉普拉斯变换：

${\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}{s}---\left(7\right)$

因而，由此得出，模块18被布置以确定逆变器电流控制性能指标传递函数：

$P_{\mathrm{ci}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)---\left(8\right)$

在上面的等式中，关键的输出参数变量是T_d、ΔI_di、a、w、Δα_i，以及

是性能指标传递函数的增益（p.u./°）。

应注意，设计模块22被配置为相比于常规方法和/或系统，更加容易地使用逆变器电流控制性能指标传递函数（8）来设计或便于设计HVDC控制系统12的逆变器电流控制器。

处理器14还包括一个电压控制性能指标传递函数确定模块20，该模块20被配置为通过使用第一电压等式来确定用于经典HVDC系统12的至少整流器的至少电压控制性能指标传递函数：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d(1-e^{-\mathrm{at}})& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.---\left(9\right)$

其中：

T_d是时延（秒）；

ΔV_d是直流电流的变化（标幺值）;以及

T₁被定义为衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间（秒）。

参考图7，其中示出了所测量的开环控制时域电压响应。使用等式（9）逼近所测量的电压响应。

仿真函数（9），且图8示出了特征时域响应，连同与初始信号比较时相关联的误差。具体地，图8示出了等式（9）充分逼近直流电压对于整流器触发角中的阶跃变化的响应。尽管在特征信号中存在中度误差（moderate error），但是这些误差是高频信号（>100Hz）。已示出，对于涉及大多数HVDC现象的研究，感兴趣的是直流侧上小于100Hz的频率范围。

误差信号的视觉分析示出了误差主要由高频信号组成这一事实。最大的误差分量是具有大阻尼系数的高频信号，这是因为这些信号在20毫秒内被阻息。其余的误差是由总合成幅度小于5%的高频信号组成。

模块20可被布置以确定特征直流电压响应的拉普拉斯变换，或者换句话说等式（9）的拉普拉斯变换：

${\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{dr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{dr}}}{s(s+a)}{e}^{-T_d.s}---\left(9\right)$

模块20可被布置以确定如前文所描述的整流器触发角阶跃输入的拉普拉斯变换：

${\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}{s}---\left(11\right)$

因而，由此得出，模块20被布置以确定整流器电压控制性能指标传递函数：

$P_{\mathrm{vr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}\frac{1}{s+a}{e}^{-T_d.s}---\left(12\right)$

在上面等式中，关键的输出参数变量为：

T_d是时延（秒）；

T₁被定义为衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间（秒）；以及

是性能指标传递函数的增益（p.u./°）。

设计模块22被配置为使用整流器电压控制性能指标传递函数（12）来设计或便于设计用于HVDC控制系统12的整流器电压控制器。

在一个示例实施方案中，电压等式可以是第二电压等式：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d.(1-e^{-\mathrm{at}}.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.---\left(13\right)$

其中：

T_d是时延（秒）；

ΔV_d是直流电压的变化（标幺值）;

T₁被定义为衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间（秒）；以及

T₂被定义为叠加为交流波形的周期（秒）。

因此，电压控制性能指标传递函数确定模块20可被配置为使用电压等式（13）来确定用于经典HVDC系统12的至少逆变器的电压控制性能指标传递函数。

参考附图中的图9，其中示出了所测量的开环控制时域电压响应。使用时域函数或者换句话说电压等式（13）来逼近所测量的电压响应。

电压等式（13）还被仿真，且在图10中示出了特征时域响应，连同与初始信号比较时的相关联的误差。

图10示出了电压等式（13）充分逼近直流电压对逆变器触发角中的阶跃变化的响应。尽管存在中度误差，但是在特征信号中，这些误差是高频信号（>100Hz）。误差信号的视觉分析示出了误差主要是由高频信号组成这一事实。最大的误差分量是具有大阻尼系数的高频信号，这是因为这些信号在50毫秒内被阻息。其余的误差由总合成幅度小于5%的高频信号组成。

模块20方便地被布置以确定特征直流电压响应的拉普拉斯变换，或者换句话说等式13的拉普拉斯变换：

${\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{di}}\left(s\right)=\frac{w.{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{di}}}{s[{(s+a)}^2+w^2]}{e}^{-T_d.s}---\left(14\right)$

模块20可被布置以确定如前文所描述的逆变器触发角阶跃输入的拉普拉斯变换：

${\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}{s}---\left(15\right)$

因而，模块20还被布置以确定逆变器电压控制性能指标传递函数：

$P_{\mathrm{vi}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}\frac{w}{{(s+a)}^2+w^2}{e}^{-T_d.s}---\left(16\right)$

在上面的等式中，关键的输出参数变量是：

T_d是时延（秒）；

ΔV_di是直流电压的变化（标幺值）;

T₁被定义为衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间（秒）；

T₂被定义为叠加为交流波形的周期（秒）；以及

是性能指标传递函数的增益(p.u./°)。

设计模块22被配置为相比于常规方法和/或系统，更加容易地使用逆变器电压控制性能指标传递函数（16）来设计或便于设计用于HVDC控制系统12的逆变器电压控制器。

电流控制性能指标传递函数确定模块18和电压控制性能指标传递函数确定模块20，可被布置为分别在存储器16中存储用于HVDC控制系统的整流器和逆变器的所确定的电流控制性能指标传递函数和电压控制性能指标传递函数。

设计模块22方便地被布置为使用所确定的整流器电流控制性能指标传递函数（4）和逆变器电流控制性能指标传递函数（8），以及整流器电压控制性能指标传递函数（12）和逆变器电压控制性能指标传递函数（16），使用QFT设计方法来设计HVDC控制系统12，尤其是关键的输出参数变量。替代地或者此外，如果期望，还可使用另一设计方法。

具体地，设计模块22被配置以确定HVDC系统12的稳定性设计界限；然后还被配置以确定或设计HVDC控制系统12的参数。

本领域普通技术人员应理解，在一个优选的示例实施方案中，设计模块22被配置为使用下列常规的高-低频QFT设计方法：

1.可能的最大增益交叉频率ω_gc是由性能指标的非最小相位滞后性质确定。将试图通过应用比例增益来实现所述增益交叉频率。

2.然后，对于ω逼近零，环路传递函数的幅度将被尽可能快地增大。这将通过应用一阶积分项来实现。

所确定的整流器电流控制性能指标传递函数（4）和逆变器电流控制性能指标传递函数（8）以及整流器电压控制性能指标传递函数（12）和逆变器电压控制性能指标传递函数（16），可理解为是从描述经典HVDC系统12的至少阶跃响应的时域特征等式的性能指标传递函数获得。在一个示例实施方案中，所述系统识别技术是基于雅克比线性化（Jacobian Linearsation）的应用。

在一个示例实施方案中，如前文所述的所确定的整流器电流控制性能指标传递函数（4）和逆变器电流控制性能指标传递函数（8）以及整流器电压控制性能指标传递函数（12）和逆变器电压控制性能指标传递函数（16），已被存储在存储器16中，用于在设计如前文所描述的HVDC控制系统12时由处理器14访问。在该示例实施方案中，设计模块22方便地访问存储器16，以取回和使用这些传递函数，从而至少设计HVDC控制系统12。由此得出，该示例实施方案可以更加方便，原因在于它省去了在每一次设计时导出性能指标传递函数的需要。

此外，应理解，功率系统的状态随着该功率系统中的突然干扰而改变。这些突然干扰将改变功率系统中交流母线的短路容量。定义短路容量中量变的因子是发电损耗（loss of generation）、发电恢复(restoration of generation)、传输损耗、需求损耗和无功补偿损耗。

由于影响交流母线的短路容量中量变的因子的不同性质,这意味着在给定HVDC换流器交流母线处的短路容量将在一个范围内改变。因而，与将在HVDC传输系统中传输的直流功率的变化量结合，给定HVDC换流器站的有效短路比（ESCR）将在某一范围内改变。

由于整流器和逆变器换流器站的有效短路比的不确定性质，上文描述的性能指标传递函数（4,8,12,16）将具有一系列不确定性。在这点上，设计模块22被布置以针对变化的短路比来确定性能指标传递函数参数范围。

电流控制器的动态性能依赖于整流器和逆变器交流系统的强度。因而，模块22被布置以确定当整流器换流器站和逆变器换流器站的有效短路比变化时整流器电流控制性能指标传递函数（4）的参数的变化，如上文所描述的。在表1中示出了计算的结果。

表1针对变化的ESCR的整流器

电流控制性能指标传递函数的参数变量

表1清楚地示出了当整流器换流器站的ESCR从2.83变化至7.96以及逆变器换流器站的ESCR从3.93变化至7.96时，整流器电流控制性能指标传递函数参数在如下相应的范围中变化：

ΔI_dr∈[-0.24,-0.10](标幺值)

a∈[7.12,44.23](1/秒)

w∈[216.66,290.89](弧度/秒)

T_d∈[0.60,1.65](毫秒)

k_cr∈[-0.024,-0.01](p.u./°)

相似地，模块22被布置以针对变化的整流器换流器站和逆变器换流器站的有效短路比，确定逆变器电流控制性能指标传递函数（8）的参数中的变化。在表2中示出计算的结果。

表2针对变化的ESCR的逆变器电流

控制性能指标传递函数的参数变化

表2清楚地示出了当整流器换流器站的ESCR从2.83变化至7.96以及逆变器换流器站的ESCR从3.93变化至7.96时，逆变器电流控制性能指标传递函数参数在如下相应的范围中变化：

ΔI_di∈[0.1,0.42](标幺值)

a∈[10.67,41.63](1/秒)

w∈[248.35,280.50](弧度/秒)

T_d∈[0.06,0.89](毫秒)

k_ci∈[-0.084,-0.02](p.u./°)

应注意到，模块22被布置以针对变化的整流器换流器站的有效短路比，确定整流器电压控制传递函数（12）的所列举的参数（上面）中的变化。在表3中示出了计算的结果。

表3针对变化的ESCR的整流器电压

控制性能指标传递函数的参数变化

表3清楚地示出了当整流器换流器站的ESCR从2.83变化至7.96时，整流器电压控制性能指标传递函数参数在如下范围内变化：

a∈[165.29,195.31](1/秒)

T_d∈[0.05,0.34](毫秒)

k_vr∈[-0.0046,-0.0042](p.u./°)

在一个实施例中，模块22可被布置以针对变化的逆变器换流器站的有效短路比，确定逆变器电压控制性能指标传递函数（16）的所列举的参数中的变化。在表4中示出了计算的结果。

表4针对变化的ESCR的逆变器电压

控制性能指标传递函数的参数变化

表4清楚地示出了当逆变器换流器站的ESCR从3.93变化至7.96时，下列逆变器电流控制性能指标传递函数参数在下列相应的范围中变化：

a∈[25.31,29.95](1/秒)

T_d∈[0.58,0.78](毫秒)

k_vi∈[0.015,0.016](p.u./°)

w∈[165.06,175.18](弧度/秒)

在任何情况下，如前所述，设计模块22被布置为使用QFT设计方法来设计HVDC控制系统12。QFT设计方法的基本要素是参数不确定性模板的生成，以及将这些模板整合到稳定性裕度设计界限中。

在这点上，图11示出了对于标称整流器电流控制性能指标传递函数（4），如何根据表1中示出的参数变化来修改6dB的稳定性裕度。

图12示出了对于标称逆变器电流控制性能指标传递函数（8），如何根据表2中示出的参数变化来修改6dB的稳定性裕度。

图13示出了对于标称整流器电压控制性能指标传递函数（12），如何根据表3中示出的参数变化来修改6dB的稳定性裕度。

相似地，图14示出了对于标称逆变器电压控制性能指标传递函数（16），如何根据表4中示出的参数变化来修改6dB的稳定性裕度。

在一个示例实施方案中，处理器14被布置以确定一个标称整流器电流控制性能指标（其中，整流器的ESCR=8;逆变器的ESCR=8），例如：

如图15中所示，所述性能指标传递函数的负被描绘在尼可尔斯图（Nichols Chart）上，具有修改的稳定性裕度。

所设计的控制器的效果在图16中显示，其中曲线标注为G.Pcr。

为了验证该控制系统的性能，在使用另一计算机仿真程序时仿真下列情形：

·整流器的ESCR等于8。

·逆变器的ESCR等于8。

·HVDC系统12被配置为使得整流器处于电流控制模式以及逆变器处于电压控制模式。

·逆变器的触发角被保持恒定处于138度。

·整流器的电流控制器的参数根据该设计来设置。

·在HVDC系统12运行至稳定状态后，直流电流级（DC currentorder）减少了5%。

在图17中示出了对于小信号瞬变的性能指标输出响应。

在下面的表5中估计了控制系统的性能：

表5.1整流器电流控制器性能评估

性能标准	期望	实际
			过冲	5%	2.1%
建立时间(ts)	24.75ms	23ms
			稳态误差（）	<2%	<0.1%
增益裕度	<6dB	<6dB

表5清楚地示出了整流器控制器设计确实满足指定的性能需求。

处理器14还被布置以确定标称整流器电流控制性能指标，其中整流器的ESCR=8以及逆变器的ESCR=8，例如：

如图18中示出的，所述性能指标传递函数的负被描绘在尼可尔斯图上，具有修改的稳定性裕度。

在图19中显示了所设计的控制器的效果，其中曲线标注为G.Pcr。

为了验证该控制系统的性能，仿真下列场景：

·整流器的ESCR等于8。

·逆变器的ESCR等于8。

·HVDC系统被配置为使得逆变器处于电流控制模式以及整流器处于电压控制模式。

·整流器的触发角被保持恒定处于27度。

·逆变器的电流控制器的参数根据该设计来设置。

·在HVDC系统12运行至稳定状态之后，直流电流级减小了5%。

图20中示出了对于小信号瞬变的性能指标输出响应。

在下面的表6中估计了控制系统的性能：

表5.2逆变器电流控制器性能评估

性能标准	期望	实际
			过冲	5%	1.3%
建立时间(ts)	28.35ms	23ms
			稳态误差（）	<2%	<1.3%
增益裕度	<6dB	<6dB

表6清楚地示出了整流器控制器设计确实满足指定的性能需求。

直至现在，HVDC控制系统12的设计已被划分成对于构成经典HVDC控制系统12的四个控制器的单独设计和分析。通过整合四个控制器来证实整个经典HVDC控制系统12的设计和分析，如图1中所示。

通过仿真下列场景来验证已整合的经典HVDC系统12的稳定性：

·整流器的ESCR等于8。

·逆变器的ESCR等于8。

·逆变器站的触发角首先在t_o＝10ms时分块（deblock）。

·整流器的触发角之后在t₁＝50ms时分块，然后倾斜升高。

·整流器的电流控制器的参数根据该设计来设置。

·逆变器的电流控制器的参数根据该设计来设置。

在图21中示出了所整合的经典HVDC系统的启动响应。对启动响应的分析揭示了直流电流在t₁后增大。在时间t₃和t₂之间，直流电压未增大到由VDCOL所指定的所要求的最小直流电压（0.2标幺值）以上，从而电流级受制于由VDCOL所限定的最小电流级（整流器——0.3标幺值；以及，逆变器——0.2标幺值）。在该时间段期间，所设计的经典HVDC控制系统12确保经典HVDC系统稳定地且根据该VDCOL的要求来操作。

在时间t₄和t₃之间，直流电压增大到所要求的最小直流电压以上，电流级由逆变器VDCOL（依赖电压的电流级限制）所确定。在该时间段期间，所设计的经典HVDC控制系统确保该经典HVDC系统稳定地且根据逆变器VDCOL的要求来操作。

在时间t4之后，逆变器接收比所定级更多的电流，从而电流控制移动至整流器站。在该电流控制瞬变期间，所设计的经典HVDC控制系统12确保经典HVDC系统稳定地且根据整流器电流控制放大器的要求来操作。

应当注意到，在仿真了经典HVDC系统的启动之后，所设计的经典HVDC控制系统有利地确保了稳定的启动过程。

现在将参考图22和图23来进一步描述示例实施方案。参考图1和图2来描述图22和图23中示出的示例方法，尽管应理解，所述示例方法也可被应用至其他系统（未示出）。

参考图22，其中通过参考数字30总体指示了便于设计经典高压直流（HVDC）控制系统例如HVDC控制系统12的方法的流程图。

该方法30包括：在块32，借助于模块18，通过使用至少所述时域电流等式（1）来确定用于经典HVDC控制系统12的整流器和/或逆变器的至少电流控制性能指标传递函数。

该方法30还包括：在块34，借助于模块20，通过分别使用前文描述的时域电压等式（9）和（13）来确定用于经典HVDC控制系统12的整流器和/或逆变器的至少电压控制性能指标传递函数。

随后是，该方法30包括：在块36，借助于模块22，使用用于整流器和逆变器的电流控制性能指标传递函数（1）和（4）以及用于整流器和逆变器的所确定的电压控制性能指标传递函数（9）和（13），以便于设计前文描述的HVDC控制系统12。

现在参考附图的图23，其中通过参考数字40总体指示了根据一个示例实施方案的方法的另一流程图。

如前文所描述的，通过设计模块22来方便地执行方法40。应注意，方法40是比方法30更加简单的方法，原因在于它仅仅利用了在方法30中所确定的传递函数。

在任何情况下，该方法40包括：在块42，使用整流器电流控制性能指标传递函数（4）来设计如前文所描述的用于HVDC控制系统12的整流器电流控制器。

该方法40还包括：在块44，使用逆变器电流控制性能指标传递函数（8）来设计前文所描述的用于HVDC控制系统12的逆变器电流控制器。

该方法40包括：在块46，使用整流器电压控制性能指标传递函数（12）来设计前文所描述的用于HVDC控制系统12的整流器电压控制器。

该方法40之后包括：在块48，使用逆变器电压控制性能指标传递函数（16）来设计前文所描述的用于HVDC控制系统12的逆变器电压控制器。

应当注意，前文所描述的本发明还可被用于优化HVDC控制系统。在这点上，可根据本发明来回顾设计HVDC控制系统。

图26示出了计算机系统100示例形式的机器的示意性表示，在计算机系统100中，可执行用于使得该机器执行本文中所讨论的方法中的任一种或者多种的一组指令。在替代实施方案中，该机器作为独立的设备来操作，或者可被连接（例如，联网）至其他机器。在联网布署中，在服务器-客户端网络环境中该机器可以服务器机器或客户端机器的能力操作，或者在对等（或者分布式）网络环境中该机器可以是对等机。该机器可以是个人计算机（PC）、平板个人计算机、机顶盒（STB）、个人数字助理（PDA）、蜂窝电话、网设备、网络路由器、交换机或网桥，或者能够执行一组指定待由该机器采取的动作的指令（顺序地或者其他方式）的任何机器。此外，尽管示出了单个机器，但是术语“机器”还应当被认为包括如下机器的任何集合，所述机器单独地或者联合地执行在本文中所讨论的方法中的任一种或多种的一组（或多组）指令。

该示例计算机系统100包括：处理器102（例如，中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）或者这两者）；主存储器104；以及，静态存储器106，它们经由总线108彼此通信。该计算机系统100还可包括一个视频显示单元110（例如，液晶显示器（LCD）或阴极射线管（CRT））。该计算机系统100还包括一个字母数字输入设备112（例如，键盘）、用户接口（UI）导航设备114（例如，鼠标）、盘驱动单元116、信号生成设备118（例如，扬声器）和网络接口设备120。

盘驱动单元116包括一个机器可读介质122，在该机器可读介质122上存储有一组或多组指令和数据结构（例如，软件124），所述一组或多组指令和数据结构（例如，软件124）包括在此所描述的方法或功能中的一个或多个，或者被在此所描述的方法或功能中的一个或多个所利用。在计算机系统100执行软件124期间，软件124还可完全或者至少部分存在于主存储器104和/或处理器102内，主存储器104和处理器102还构成机器可读介质。

还可利用多种公知的传输协议（例如，HTTP）中的任一种经由网络接口设备120在网络126上传输或者接收软件124。

尽管在一个示例实施方案中所示出的机器可读介质122是单个介质，但是术语“机器可读介质”应当被认为包括存储了一组或多组指令的单个介质或者多个介质（例如，集中式数据库或分布式数据库，和/或相关联的缓冲存储器和服务器）。术语“机器可读介质”还应当被认为包括如下任何介质，所述介质能够存储、编码或者携带一组由该机器所执行并且使得该机器执行本发明的方法中的任何一种或多种的指令，或者能够存储、编码或者携带被所述组指令所利用或者与所述组指令相关联的数据结构。术语“机器可读介质”应当相应地理解为包括但不限于固态存储器、光学介质或磁性介质，以及载波信号。

前文描述的本发明提供了一种方便的方法来确定用于任何经典HVDC系统的性能指标传递函数。这些性能指标传递函数可被用于使用标准频域设计方法来设计经典HVDC控制系统。本发明显著地减少了经典HVDC控制系统的设计工时。以前的方法涉及试错技术来设计经典HVDC控制系统。使用这样的技术所设计的经典HVDC控制系统是劳动密集型的且不一定稳健。

通常要求专业知识来使用试错技术，而这专业知识正是目前所紧缺的，本发明将相对地协助没有经验的工程师来设计经典HVDC方案。

由此得出，通过本发明，经典HVDC控制系统可以被更快地设计，并且具有更稳健的性能。

Claims (47)

1.一种便于设计经典高压直流（HVDC）控制系统的方法，所述方法包括：

通过使用时域电流等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少电流控制性能指标传递函数；

通过使用时域电压等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少电压控制性能指标传递函数；

使用用于所述整流器和/或逆变器的所确定的电流控制性能指标传递函数和/或用于所述整流器和/或逆变器的所确定的电压控制性能指标传递函数，以便于设计所述HVDC控制系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述时域电流等式是第一时域电流等式：

$I_{\mathrm{dr}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1}).(1-e^{-\mathrm{bt}})& 0<t<T_0\\ 1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1})(1-e^{-b.t})+I_{d1}.(n-p.k.e^{-a.t}+c.k.e^{-a.t}.(\sin \left(\mathrm{wt}\right)-m.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_0\end{array}\right.$

其中：

I_d1是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流的振荡分量的第一峰值；

ΔI_d是来自标称化零参考值的直流电流的最终值;

$a=\frac{r}{T_1},$ 其中：

T₁是与所述直流电流的第一峰值相关联的时间;以及

r是常量;

$w=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{T_2},$ 其中:

T₂是所述直流电流的振荡分量的第一周期;

k是常量;

T_∞是所述HVDC控制系统达到最终值所花费的时间;

$b=\frac{\log \left(\frac{1}{11}\right)-\log (1-\frac{10.I_{d1}(1-e^{-1})}{11.\mathrm{\&Delta;}{I}_d})}{-T_{\&infin;}};$ 以及

T_o是所选定的以至少避免形成甚高阶模型的时延。

3.根据权利要求2所述的方法，其中对于整流器的有效短路比大于约2.6时：m＝0; $n=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_d}{I_{d1}};$ $p=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_d}{k.I_{d1}};$ 0＜r＜1;以及 $c=\frac{{{\mathrm{\&Delta;I}}^2}_d}{I_{d1}}.$

4.根据权利要求2所述的方法，其中对于整流器的有效短路比小于约2.6时：m＝1;n＝1;r＝1;q＝1;以及c＝1。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述时域电流等式是第二时域电流等式：

$\mathrm{\&Delta;}{I}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{I}_d(1-e^{-\mathrm{at}}+k|\mathrm{\&Delta;}{I}_d|.e^{-\mathrm{at}}.\sin \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延；

ΔI_d是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流距离初始操作点或位置的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；

其中T₂是叠加后的交流波形的周期；以及

k是常量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二时域电流等式是用于整流器的有效短路比大于约2.6的HVDC控制系统。

7.根据权利要求2或5所述的方法，其中k是值在0和1之间的常量。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述时域电压等式是第一时域电压等式：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d(1-e^{-\mathrm{at}})& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.;$ 以及

其中：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d是所述HVDC控制系统中的直流电压的变化；以及

$a=\frac{1}{T_1},$ 其中:

T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述时域电压等式是第二时域电压等式：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d.(1-e^{-\mathrm{at}}.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;以及

其中T₂是叠加后的交流波形的周期。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法包括：通过使用所述第二时域电压等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的至少逆变器的电压控制性能指标传递函数。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括：

确定所述时域电流等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的整流器触发角的拉普拉斯变换；以及

通过确定所述时域电流等式的所确定的拉普拉斯变换和所述整流器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的整流器电流控制性能指标传递函数。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述整流器电流控制性能指标传递函数由下列等式给出：

$P_{\mathrm{cr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_r是所述整流器触发角中的变化;以及

是所述整流器控制性能指标传递函数的增益。

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括：使用所述整流器电流控制性能指标传递函数来设计或便于设计用于所述HVDC控制系统的整流器电流控制器。

14.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定所述时域电流等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的逆变器触发角的拉普拉斯变换；以及

通过确定所述时域电流等式的所确定的拉普拉斯变换和所述逆变器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的逆变器电流控制性能指标传递函数。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述逆变器电流控制性能指标传递函数由下列等式给出：

$P_{\mathrm{ci}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_di是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_i是所述逆变器触发角中的变化；以及

是所述逆变器控制性能指标传递函数的增益。

16.根据权利要求15所述的方法，所述方法包括：使用所述逆变器电流控制性能指标传递函数来设计或便于设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电流控制器。

17.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定所述时域电压等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的整流器触发角的拉普拉斯变换；

通过确定所述时域电压等式的所确定的拉普拉斯变换和所述整流器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的整流器电压控制性能指标传递函数。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述整流器电压控制性能指标传递函数由下列等式给出：

$P_{\mathrm{vr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}\frac{1}{s+a}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T^d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;以及

是所述整流器电压控制性能指标传递函数的增益。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述整流器电压控制性能指标传递函数被用于设计或便于设计用于所述HVDC控制系统的整流器电压控制器。

20.根据权利要求8所述的方法，还包括：

确定所述第二时域电压等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的逆变器触发角的拉普拉斯变换；以及

通过确定所述第二时域电压等式的所确定的拉普拉斯变换和所述逆变器触发角的所确定的拉普拉斯变换之间的比值，确定所述HVDC控制系统的逆变器电压控制性能指标传递函数。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述逆变器电压控制性能指标传递函数由下列等式给出：

$P_{\mathrm{vi}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}\frac{w}{{(s+a)}^2+w^2}{e}^{-T_d.s}$

其中：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延；

ΔV_di是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;以及

是所述逆变器电压控制性能指标传递函数的增益。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述逆变器电压控制性能指标传递函数被用于设计或便于设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电压控制器。

23.根据权利要求1所述的方法，还包括使用QFT（量化反馈理论）方法来设计所述HVDC控制系统。

24.一种便于设计高压直流（HVDC）控制系统的系统，所述系统包括：

一个存储器，用于存储数据；

一个处理器，可操作地连接至所述存储器，所述处理器包括：

一个电流控制性能指标传递函数确定模块，被配置以通过使用时域电流等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少电流控制性能指标传递函数；

一个电压控制性能指标传递函数确定模块，被配置以通过使用时域电压等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少电压控制性能指标传递函数；以及

一个设计模块，被配置以使用用于所述整流器和/或逆变器的所确定的电流控制性能指标传递函数、和/或用于所述整流器和/或逆变器的所确定的电压控制性能指标传递函数，以便于设计所述HVDC控制系统。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述电流控制性能指标传递函数确定模块被配置以使用下列第一时域电流等式来确定用于所述整流器和/或逆变器的电流控制性能指标传递函数：

$I_{\mathrm{dr}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1}).(1-e^{-\mathrm{bt}})& 0<t<T_0\\ 1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1})(1-e^{-b.t})+I_{d1}.(n-p.k.e^{-a.t}+c.k.e^{-a.t}.(\sin \left(\mathrm{wt}\right)-m.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_0\end{array}\right.$

其中：

I_d1是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流的振荡分量的第一峰值;

ΔI_d是来自标称化零参考值的直流电流的最终值;

$a=\frac{r}{T_1},$ 其中:

T₁是与所述直流电流的第一峰值相关联的时间;以及

r是常量;

$w=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{T_2},$ 其中:

T₂是所述直流电流的振荡分量的第一周期;

k是常量;

T_∞是所述HVDC控制系统达到最终值所花费的时间;

$b=\frac{\log \left(\frac{1}{11}\right)-\log (1-\frac{10.I_{d1}(1-e^{-1})}{11.\mathrm{\&Delta;}{I}_d})}{-T_{\&infin;}};$ 以及

T_o是所选定的以至少避免形成甚高阶模型的时延。

26.根据权利要求24所述的系统，其中所述电流控制性能指标传递函数确定模块被配置以使用下列第二时域电流等式来确定用于所述整流器和/或逆变器的电流控制性能指标传递函数：

$\mathrm{\&Delta;}{I}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{I}_d(1-e^{-\mathrm{at}}+k|\mathrm{\&Delta;}{I}_d|.e^{-\mathrm{at}}.\sin \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流距离初始操作点或位置的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；

其中T₂是叠加后的交流波形的周期；以及

k是常量。

27.根据权利要求24所述的系统，其中所述电压控制性能指标传递函数确定模块被配置以使用下列第一时域电压等式来确定用于整流器的至少电压控制性能指标传递函数：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d(1-e^{-\mathrm{at}})& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.;$ 以及

其中：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d是所述HVDC控制系统中的直流电压的变化;以及

$a=\frac{1}{T_1},$ 其中:

T¹是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间。

28.根据权利要求24所述的系统，其中所述电压控制性能指标传递函数确定模块被配置以使用下列第二时域电压等式来确定用于逆变器的至少电压控制性能指标传递函数：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d.(1-e^{-\mathrm{at}}.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;以及

其中T₂是叠加后的交流波形的周期。

29.根据权利要求24所述的系统，其中所述电流控制性能指标传递函数确定模块被配置为：

确定所述时域电流等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的整流器触发角的拉普拉斯变换；

通过确定所述时域电流等式的所确定的拉普拉斯变换与所述整流器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的整流器电流控制性能指标传递函数。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所确定的整流器电流控制性能指标传递函数由下列等式给出：

$P_{\mathrm{cr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_r是所述整流器触发角的变化；以及

是所述整流器控制性能指标传递函数的增益。

31.根据权利要求24所述的系统，其中所述电流控制性能指标传递函数确定模块被配置为：

确定所述时域电流等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的逆变器触发角的拉普拉斯变换；以及

通过确定所述时域电流等式的所确定的拉普拉斯变换与所述逆变器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的逆变器电流控制性能指标传递函数。

32.根据权利要求31所述的系统，其中所确定的逆变器电流控制性能指标传递函数由下列等式给出：

$P_{\mathrm{ci}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_di是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_i是所述逆变器触发角的变化；以及

是所述逆变器控制性能指标传递函数的增益。

33.根据权利要求24所述的系统，其中所述电压控制性能指标传递函数确定模块被配置为：

确定所述时域电压等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的整流器触发角的拉普拉斯变换；以及

通过确定所述时域电压等式的所确定的拉普拉斯变换与所述整流器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的整流器电压控制性能指标传递函数。

34.根据权利要求33所述的系统，其中所确定的整流器电压控制性能指标传递函数由下列等式给出：

$P_{\mathrm{vr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}\frac{1}{s+a}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；以及

是所述整流器电压控制性能指标传递函数的增益。

35.根据权利要求28所述的系统，其中所述电压控制性能指标传递函数确定模块被配置为：

确定所述第二时域电压等式的拉普拉斯变换；

确定所述HVDC控制系统的逆变器触发角的拉普拉斯变换；

通过确定所述第二时域电压等式的所确定的拉普拉斯变换与所述逆变器触发角的所确定的拉普拉斯变换的比值，确定所述HVDC控制系统的逆变器电压控制性能指标传递函数。

36.根据权利要求35所述的系统，其中所确定的逆变器电压控制性能指标传递函数由下列等式给出：

$P_{\mathrm{vi}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}\frac{w}{{(s+a)}^2+w^2}{e}^{-T_d.s}.$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_di是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；

其中T₂是叠加后的交流波形的周期；以及

是所述逆变器电压控制性能指标传递函数的增益。

37.根据权利要求24所述的系统，其中所述设计模块被配置为使用QFT（量化反馈理论）方法来设计所述HVDC控制系统。

38.一种便于设计经典高压直流（HVDC）控制系统的方法，该方法包括：

使用整流器电流控制性能指标传递函数：

$P_{\mathrm{cr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中：

关键的输出参数变量是：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_r是所述整流器触发角中的变化；以及

是所述整流器控制性能指标传递函数的增益，设计用于所述HVDC控制系统的整流器电流控制器;

使用逆变器电流控制性能指标传递函数：

${\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{ci}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_di是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_i是所述逆变器触发角的变化；以及

是所述逆变器控制性能指标传递函数的增益，设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电流控制器;

使用整流器电压控制性能指标传递函数:

$P_{\mathrm{vr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}\frac{1}{s+a}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;以及

是所述整流器电压控制性能指标传递函数的增益，

设计用于所述HVDC控制系统的整流器电压控制器；以及使用逆变器电压控制性能指标传递函数:

$P_{\mathrm{vi}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}\frac{w}{{(s+a)}^2+w^2}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_di是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期；以及

是所述逆变器电压控制性能指标传递函数的增益，

设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电压控制器。

39.一种便于设计经典高压直流（HVDC）控制系统的系统，该系统包括：

一个存储器，用于存储数据;

一个处理器，可操作地连接至所述存储器，所述处理器包括:

一个设计模块，被配置为:

使用整流器电流控制性能指标传递函数：

$P_{\mathrm{cr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dr}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中:

关键的输出参数变量是:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_r是所述整流器触发角的变化；以及

是所述整流器控制性能指标传递函数的增益，设计用于所述HVDC控制系统的整流器电流控制器;

使用逆变器电流控制性能指标传递函数：

${\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{ci}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}.e^{-T_{d}s}\left(\frac{s^3+(3a-1)s^2+(3a^2-2a+w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|w\right)s+(a^3-a^2+{\mathrm{aw}}^2-w^2+k|{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{di}}\left|\mathrm{aw}\right)}{(s+a)(s^2+2\mathrm{as}+a^2+w^2)}\right)$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_di是所述直流电流的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期;

Δα_i是所述逆变器触发角的变化；以及

是所述逆变器控制性能指标传递函数的增益，设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电流控制器;

使用整流器电压控制性能指标传递函数:

$P_{\mathrm{vr}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_r}\frac{1}{s+a}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延；

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;以及

是所述整流器电压控制性能指标传递函数的增益，

设计用于所述HVDC控制系统的整流器电压控制器；以及使用逆变器电压控制性能指标传递函数:

$P_{\mathrm{vi}}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{di}}}{{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i}\frac{w}{{(s+a)}^2+w^2}{e}^{-T_d.s}$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_di是所述HVDC控制系统的直流电压的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间;

其中T₂是叠加后的交流波形的周期；以及

是所述逆变器电压控制性能指标传递函数的增益，设计用于所述HVDC控制系统的逆变器电压控制器。

40.一种优化经典高压直流（HVDC）控制系统的方法，该方法包括：

通过使用至少时域电流等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少优化的电流控制性能指标传递函数；

通过使用时域电压等式来确定用于所述经典HVDC控制系统的整流器和/或逆变器的至少优化的电压控制性能指标传递函数；以及

使用用于所述整流器和/或逆变器的所确定的优化的电流控制性能指标传递函数和/或用于所述整流器和/或逆变器的所确定的优化的电压控制性能指标传递函数，优化所述HVDC控制系统。

41.根据权利要求40所述的方法，其中所述时域电流等式是第一时域电流等式：

$I_{\mathrm{dr}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1}).(1-e^{-\mathrm{bt}})& 0<t<T_0\\ 1.1.m.(\mathrm{\&Delta;}{I}_d-I_{d1})(1-e^{-b.t})+I_{d1}.(n-p.k.e^{-a.t}+c.k.e^{-a.t}.(\sin \left(\mathrm{wt}\right)-m.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_0\end{array}\right.$

其中:

I_d1是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流的振荡分量的第一峰值;

ΔI_d是来自标称化零参考值的直流电流的最终值;

$a=\frac{r}{T_1},$ 其中:

T₁是与所述直流电流的第一峰值相关联的时间；以及

r是常量;

$w=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{T_2},$ 其中:

T₂是所述直流电流的振荡分量的第一周期;

k是常量;

T_∞是所述HVDC控制系统达到最终值时所花费的时间;

$b=\frac{\log \left(\frac{1}{11}\right)-\log (1-\frac{10.I_{d1}(1-e^{-1})}{11.\mathrm{\&Delta;}{I}_d})}{-T_{\&infin;}};$ 以及

T_o是所选定的以至少避免形成甚高阶模型的时延。

42.根据权利要求40所述的方法，其中所述时域电流等式是第二时域电流等式：

$\mathrm{\&Delta;}{I}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{I}_d(1-e^{-\mathrm{at}}+k|\mathrm{\&Delta;}{I}_d|.e^{-\mathrm{at}}.\sin \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔI_d是与所述HVDC控制系统相关联的直流电流距离初始参考点或位置的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；

其中T₂是叠加后的交流波形的周期；以及

k是常量。

43.根据权利要求40所述的方法，其中所述时域电压等式是第一时域电压等式：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d(1-e^{-\mathrm{at}})& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.;$ 以及

其中：

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d是所述HVDC控制系统中的直流电压的变化；以及

$a=\frac{1}{T_1},$ 其中:

T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间。

44.根据权利要求40所述的方法，其中所述时域电压等式是第二时域电压等式：

$\mathrm{\&Delta;}{V}_d\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<T_d\\ \mathrm{\&Delta;}{V}_d.(1-e^{-\mathrm{at}}.\cos \left(\mathrm{wt}\right))& t\&GreaterEqual;T_d\end{array}\right.$

其中:

T_d是与所述HVDC控制系统的输入引起所述HVDC控制系统的输出所花费的时间相关联的时延;

ΔV_d是所述HVDC控制系统中的直流电压的变化;

其中T₁是与所述HVDC控制系统相关联的衰减波形达到其最终值的e^-1所花费的时间；以及

其中T₂是叠加后的交流波形的周期。

45.一种根据权利要求1至44所述的方法和系统中的任一个或多个来设计的HVDC控制系统。

46.一种基本如上文参考附图所描述的系统。

47.一种基本如上文参考附图所描述的方法。

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