CN107809119B - 一种高压直流系统电流控制器参数的优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压直流系统电流控制器参数的优化方法，在直流系统正常运行时，整流站电流控制器选取控制特性较为平稳的控制参数，减小系统振荡；在直流发生换相失败故障时，高压直流系统电流控制器引入换相失败信号，整流侧电流控制器比例环节的比例系数初始值KP0、积分环节的积分时间常数TN不再采用恒定经验值进行给定，通过设置目标函数：直流电流参考值与直流电流测量值之差，优化电流控制器比例系数和积分时间常数，分析不同控制参数对控制特性的影响，当满足迭代条件后选取最优控制参数，快速限制直流电流增大趋势，减少控制系统调节时间，加快系统动态响应速度，减小交流系统故障对直流系统产生的影响，降低连续换相失败的风险。

Description

一种高压直流系统电流控制器参数的优化方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种高压直流系统电流控制器参数的优化方法。
背景技术
高压直流系统电流控制器是直流系统稳定运行和正确响应的关键因素，目前一般通过理论整定和工程经验设置电流控制器参数，包括直流电流控制器、电压控制器和熄弧角控制器。在正常运行情况下，整流侧通过电流控制器快速调节α角来保持直流电流恒定；逆变侧通过快速调节γ角来控制直流电压。与之对应的是整流侧与逆变侧换流变压器分接头控制维持换流器触发角和熄弧角恒定。
当逆变站由于交流故障发生换相失败时，需通过整流侧电流控制器迅速调节直流电流，控制直流电流，加快系统动态响应速度，降低连续换相失败的风险。目前高压直流整流侧电流控制器比例系数初始值KP0和积分时间常数TN根据工程经验进行整定，并且加入KP比例系数随触发角增大变小的输出的最小值限幅，导致在逆变站发生换相失败时电流控制器调节速度缓慢，无法快速响应减小直流电流，直流系统可能发生连续换相失败闭锁停运。
发明专利内容
本发明针对上述问题，提出了一种高压直流系统电流控制器参数的优化方法，可以减少调节时间，加快系统动态响应速度，降低连续换相失败的风险。
为实现上述目标，本发明提供如下技术方案：
一种高压直流系统电流控制器参数的优化方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：建立EMTDC/PSCAD高压直流仿真模型：设置电流控制的变量参数：比例系数初始值KP0与积分时间常数TN；
步骤二：正常情况下，比例系数初始值KP0与积分时间常数TN采用以往经验值，对高压直流系统进行控制；
步骤三：当高压直流系统发生故障时，检测高压直流系统是否处于解锁或正常运行状态；
步骤四：若高压直流系统处于解锁或正常运行状态，则比例系数初始值KP0与积分时间常数TN继续采用经验值；若高压直流系统处于非解锁或非正常运行状态时，检测逆变侧是否发生换相失败；
步骤五：若非逆变侧发生换相失败，则继续采用比例系数初始值KP0与积分时间常数TN经验值控制高压直流系统；若逆变侧发生换相失败，则设置目标函数：y(KP0，TN)＝|IdL(KP0，TN)-Iref|，优化比例系数初始值KP0及积分时间常数TN，
其中，IdL(KP0，TN)为实际电流值，Iref为高压直流系统电流参考值。
步骤六：检测所述目标函数是否满足迭代条件，若满足，则根据目标函数值输出最优控制参数，若不满足，则优化比例系数初始值KP0与积分时间常数TN，计算目标函数值，直至找到最优控制参数。
在检测目标函数是否满足迭代条件时，需考虑系统震荡的影响，当检测到目标函数未满足迭代条件时，优化控制参数，看是否会引起系统震荡，若引起了系统震荡，则更换控制参数，若未引起系统震荡，则计算目标函数值，直至找到最优的控制参数。
优选地，所述目标函数积分时间为从故障产生换相失败信号开始并持续1s。
优选地，所述积分时间常数TN的范围为15ms≤积分时间常数TN≤25ms。
优选地，所述比例系数初始值KP0和积分时间常数TN可作为单变量或双变量进行优化。
优选地，迭代条件为迭代次数N为100次或目标函数差值小于0.001。
本发明的有益效果为：
本发明在高压直流系统解锁过程和正常运行时，采用以往经验值给定的电流控制数参数进行控制，确保直流系统正常解闭锁和正常运行，在直流发生换相失败故障时，通过设置目标函数为直流电流参考值与直流电流测量值之差，分析不同控制参数对控制特性的影响，优化电流控制器比例系数和积分时间常数，以此减少控制系统调节时间，加快系统动态响应速度，避免因连续换相失败导致直流闭锁的风险。
附图说明
图1为本发明高压直流系统电流控制器参数的优化方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
如图1所示，一种高压直流系统电流控制器参数的优化方法，该方法包括以下步骤：
利用EMTDC/PSCAD高压直流仿真模型并设置逆变站连续发生单相交流系统接地故障、两相短路交流系统接地故障、三相短路交流系统接地故障，模拟逆变侧换相失败；设置电流控制的变量参数：比例系数初始值KP0与积分时间常数TN；
设置目标函数：y(KP0，TN)＝|IdL(KP0，TN)-Iref|，其中，IdL(KP0，TN)为实际电流值，Iref为高压直流系统电流参考值，积分时间从故障发生换相失败开始并持续1s；
利用PSCAD软件优化算法模块对比例系数初始值KP0和积分时间常数TN进行优化，当满足迭代条件：迭代次数100次或目标函数差值小于0.001后，选取最优控制参数；
在系统正常运行时采用原控制器参数，在发生交流故障后采用优化的比例系数对暂态过程进行优化，提高系统控制性能。
利用EMTDC/PSCAD高压直流仿真模型进行电流控制器参数优化时，会先设置逆变站单相交流系统接地故障的故障参数，故障参数包括接地电阻、故障持续时间、交流电压跌落幅度等。
高压直流系统电流控制器引入换相失败信号，当检测到系统发生换相失败时，调整电流控制器参数，快速限制直流电流增大趋势，避免连续换相失败导致直流闭锁。
高压直流系统电流控制器参数的优化方法，在进行控制参数优化时，要充分考虑直流系统的振荡程度，比例系数初始值KP0和积分时间常数TN都不能取过大或过小，比例和积分作用太强会引起系统振荡不稳定。
所述高压直流系统电流控制器参数的控制特性包括以下几点：
1、逆变侧发生换相失败后，直流电流上升，整流侧直流电流控制器会增大触发角，试图降低直流电流，从而使直流电流在控制范围内，但整流侧始终为定直流电流控制。
2、直流电流控制器参数KP0越大，比例作用越强，系统动态响应速度越快，调节时间越短。直流电流控制器参数KP0越小，系统动态响应速度越慢，调节时间越长，消除误差的能力越弱，因此，KP0参数太小会导致直流系统发生更长时间的换相失败。但由于实际系统是有惯性的，比例作用不宜太强，比例作用太强会引起系统振荡不稳定。在选取整流侧直流电流控制器参数KP0时，需综合考虑，KP0不能取得过大或过小。
3、电流控制器积分时间常数TN越大，电压和电流建立上升的过程越缓慢，系统响应振荡幅值较小，曲线也越平缓；而在发生换相失败期间，积分时间常数TN越小，控制效果越明显，可快速调节直流电流，但系统响应振荡幅值也较大。TN取值需综合考虑，不能取得过大或过小。
4、可在直流系统正常运行时选取控制特性较稳定的控制参数，在直流发生换相失败故障时，采用较大控制参数，以此减少控制系统调节时间，加快系统动态响应速度，避免连续换相失败的发生。
所述的高压直流系统电流控制器参数的优化过程为：
1)当采用单参数优化时，设定固定时间常数TN，利用PSCAD软件优化算法模块对比例系数初始值KP0进行优化，当满足迭代条件：迭代次数N为100次或目标函数差值小于0.001后，选取最优控制参数，采用该优化参数在直流解锁时电流上升、电压上升较平稳，超调量较小，发生交流故障时电流调节作用明显，具有较好系统控制效果，优化目标函数值最小，控制效果最佳。
2)考虑到时间常数对控制特性影响较大，积分时间常数TN越小，系统响应振荡幅值也较大，容易产生电压超调现象；而当积分时间常数TN越大，电压和电流建立上升的过程越缓慢，不满足系统运行要求，优化过程只考虑15ms≤积分时间常数TN≤25ms的情况。
3)当采用双参数优化时，利用PSCAD软件优化算法模块对比例系数初始值KP0和时间积分常数TN进行优化，当满足迭代条件后选取最优控制参数，采用该优化参数优化目标函数值y(KP0，TN)，将达到最小，系统控制效果最佳，采用优化后的控制器参数控制效果明显优于优化前参数的控制效果。
以下为一具体的参数优化实施方式，包括以下步骤：
在高压直流系统解锁过程和正常运行时，采用以往经验值给定的电流控制数参数(TN＝15ms/KP0＝2.8)进行控制，确保直流系统正常解闭锁和正常运行；
利用EMTDC/PSCAD高压直流仿真模型，设置逆变站单相交流系统接地故障的故障参数，包括接地电阻、故障持续时间、交流电压跌落幅度等(接地电阻10Ω，故障持续时间100ms，C相交流电压跌落至80％左右)。利用PSCAD软件优化算法模块对比例系数初始值KP0和积分时间常数进行优化，设置目标函数：y(KP0，TN)＝|IdL(KP0，TN)-Iref|，其中，IdL(KP0，TN)为实际电流值，Iref为高压直流系统电流参考值，积分时间从故障发生换相失败开始并持续1s，当满足迭代条件：迭代次数N为100次或目标函数差值小于0.001后，选取最优控制参数。高压直流系统电流控制器引入换相失败信号，当检测到系统发生换相失败时，调整电流控制器参数，快速限制直流电流增大趋势，避免连续换相失败导致直流闭锁。
将整流站电流控制器的比例系数初始值KP0和积分时间常数TN可作为单变量或双变量进行优化。在进行控制参数优化时，要充分考虑直流系统的振荡程度，比例系数初始值KP0和积分时间常数TN都不能取过大或过小，比例和积分作用太强会引起系统振荡不稳定。优化结果为当时间常数TN取19.36ms、比例系数为26.3时，优化目标函数值最小，控制效果最佳。通过比较，当交流系统发生交流短路故障时，采用优化后的控制器参数控制效果明显优于优化前参数的控制效果。
在直流系统正常运行时，整流站电流控制器选取控制特性较为平稳的控制参数(TN＝15ms/KP0＝2.8)，减小系统振荡；在直流发生换相失败故障时，采用较大的比例系数(TN＝19.36ms/KP0＝26.3)，以此减少控制系统调节时间，加快系统动态响应速度，降低连续换相失败的风险。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种高压直流系统电流控制器参数的优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：建立EMTDC/PSCAD高压直流仿真模型，设置逆变站连续发生单相交流系统接地故障、两相短路交流系统接地故障、三相短路交流系统接地故障，模拟逆变侧换相失败；设置电流控制的变量参数：比例系数初始值KP0与积分时间常数TN；
设置目标函数：y(KP0，TN)＝|IdL(KP0，TN)-Iref|，其中，IdL(KP0，TN)为实际电流值，Iref为高压直流系统电流参考值，积分时间从故障发生换相失败开始并持续1s；
利用PSCAD软件优化算法模块对比例系数初始值KP0和积分时间常数TN进行优化，当满足迭代条件：迭代次数100次或目标函数差值小于0.001后，选取最优控制参数；
步骤二：正常情况下，比例系数初始值KP0与积分时间常数TN采用以往经验值，对高压直流系统进行控制；
步骤三：当高压直流系统发生故障时，检测高压直流系统是否处于解锁或正常运行状态；
步骤四：若高压直流系统处于解锁或正常运行状态，则比例系数初始值KP0与积分时间常数TN继续采用经验值；若高压直流系统处于非解锁或非正常运行状态时，检测逆变侧是否发生换相失败；
步骤五：若非逆变侧发生换相失败，则继续采用比例系数初始值KP0与积分时间常数TN经验值控制高压直流系统；若逆变侧发生换相失败，则采用最优控制参数控制高压直流系统。
2.根据权利要求1所述的高压直流系统电流控制器参数的优化方法，其特征在于：所述积分时间常数TN的范围为15ms≤积分时间常数TN≤25ms。
3.根据权利要求1所述的高压直流系统电流控制器参数的优化方法，其特征在于：所述比例系数初始值KP0和积分时间常数TN可作为单变量或双变量进行优化。
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