CN109768564B - 一种用于vsc-hvdc系统的矢量控制参数优化方法 - Google Patents

一种用于vsc-hvdc系统的矢量控制参数优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于VSC‑HVDC系统的矢量控制参数优化方法，包括：步骤1，在PLECS软件平台上搭建VSC‑HVDC仿真模型，用以模拟仿真相关电气参数；步骤2，构建用于直交流输电转换的控制器；步骤3，基于矢量法构建控制器，用以通过控制矢量对直流电进行控制；步骤4，在PLECS软件平台上构建对应于单个电气参数的控制器及控制回路，用以控制相应的电气参数；步骤5，将步骤2、步骤3、步骤4中的控制器加入所述VSC‑HVDC仿真模型中进行仿真模拟，用以对VSC‑HVDC系统控制电气参数的矢量进行分析优化。本发明能够实现VSC‑HVDC系统的矢量控制参数优化。

Description

一种用于VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化方法
技术领域
本发明属于电力系统中高压直流输电中参数的控制优化领域，尤其涉及一种用于VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化方法。
背景技术
采用矢量分析方法有以下优势：同步跟踪并修正相应的电气参数；可用于控制调节多种基于VSC-HVDC的系统；可用于模拟软件建模，实现计算机监测。
对于VSC-HVDC转换器的控制产品有多种。MOSFET在市场中有很大的竞争优势，如类比/数位转换器，利用MOSFET技术设计出效能更好的产品。灵活性比双极晶体管好，利用多数载流子导电，制造工艺简便，广泛应用于大规模集成电路，但容易被静电击穿。BJT是电流控制器件，虽然电流电压放大能力强，电路形式多样灵活，适应性强，成本低，但是受温度影响大，热稳定性较差,功耗大。
有鉴于此，需要一种用于VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化策略。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化方法，以解决上述技术问题，可用于工作频率较高，电流处理能力强，中高频中高压的输电系统。
本发明提供了一种用于VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化方法，包括：
步骤1，在PLECS软件平台上搭建VSC-HVDC仿真模型，用以模拟仿真相关电气参数；
步骤2，构建用于直交流输电转换的控制器；
步骤3，基于矢量法构建控制器，用以通过控制矢量对直流电进行控制；
步骤4，在PLECS软件平台上构建对应于单个电气参数的控制器及控制回路，用以控制相应的电气参数；
步骤5，将步骤2、步骤3、步骤4中的控制器加入所述VSC-HVDC仿真模型中进行仿真模拟，用以对VSC-HVDC系统控制电气参数的矢量进行分析优化。
进一步地，步骤2中的控制器采用PR控制器。
进一步地，所述步骤3、步骤4中的控制器采用PI控制器。
进一步地，步骤4中所述控制回路包括交流电流控制回路，直流电压、直流电流控制回路，交流电流反馈回路。
借由上述方案，通过用于VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化方法，能够实现VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明用于VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化方法的流程图；
图2为本发明基于VSC-HVDC的交直流输电系统示意图；
图3为本发明交流电流闭环控制图；
图4为本发明交流电流闭环控制响应图；
图5为本发明直流电压闭环控制图；
图6为本发明直流电流闭环控制响应图；
图7为本发明直流电流闭环控制图；
图8为本发明直流电流闭环控制响应图；
图9为本发明电流反馈控制图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1所示，本实施例提供了一种用于VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化方法，包括：
步骤S1，在PLECS软件平台上搭建VSC-HVDC仿真模型，用以模拟仿真相关电气参数。
步骤S2，构建用于直交流输电转换的控制器(运用PWM技术控制IGBT,实现直交流输电的转化)。
步骤S3，基于矢量法构建控制器，用以通过控制矢量对直流电进行控制。
原理是运用派克定理的转换公式，表示为：
Figure BDA0001900423060000031
其中，
Figure BDA0001900423060000032
从而，
Figure BDA0001900423060000033
步骤S4，在PLECS软件平台上构建对应于单个电气参数的控制器及控制回路，用以控制相应的电气参数；
步骤S5，将步骤S2、步骤S3、步骤S4中的控制器加入所述VSC-HVDC仿真模型中进行仿真模拟，用以对VSC-HVDC系统控制电气参数的矢量进行分析优化。
通过该用于VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化方法，能够实现VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化。
在本实施例中，步骤S2中的控制器采用PR控制器。PR控制器可以实现系统的零稳态误差，具有抗电网电压干扰的能力。
在本实施例中，所述步骤S3、步骤S4中的控制器采用PI控制器。
在本实施例中，步骤S4中所述控制回路包括交流电流控制回路，直流电压、直流电流控制回路，交流电流反馈回路。
下面对本发明作进一步详细说明。
一、设计转换控制器。
三相平衡系统空间矢量的表示方法：
Figure BDA0001900423060000041
Figure BDA0001900423060000042
Figure BDA0001900423060000043
控制空间矢量的方法是运用笛卡尔坐标：
Figure BDA0001900423060000044
对于三相平衡系统，有功和无功可用空间向量法表示：
Figure BDA0001900423060000045
Figure BDA0001900423060000046
对于交流电的控制，iabc应被转化为iαβ。此转化一是为了控制流入交流系统的有功和无功，二是为了伺服VSC系统。通过控制iαβ可得到参考电压，从而伺服VSC系统。
iα和iβ可通过以下方式得到：
Figure BDA0001900423060000047
Figure BDA0001900423060000048
Ref:表示参考值。
根据图2可知，αβ框架控制可以先从一侧入手。三相平衡交流系统首先通过变换，可得到αβ框架。
对于交流电流的控制，采用PR控制器：
Figure BDA0001900423060000049
其中，KP为比例增益，KI为积分增益，ω为谐振频率。运用MATLAB平台设计出PR控制器。图3为交流电流闭环控制原理图。
Figure BDA0001900423060000051
从而，可以根据闭环控制原理图,运用MATLAB平台设计出PR控制器。
Figure BDA0001900423060000052
Figure BDA0001900423060000053
将αβ框架加入到交流电流的控制中，形成初步AC转换DC系统。通过scope进行实时监测，检验所设计的控制器是否正确、合理。
直流部分电压的选择是根据交流电压而定，Vc指VSC系统交流电末端电压，
Figure BDA0001900423060000054
指交流电峰值，
Figure BDA0001900423060000055
指直流电压参考值。
直流电压控制器的设计。图5为直流电压闭环控制原理图。推理如下：
Figure BDA0001900423060000056
Ps＝Pdc
Pout＝Vdc×Idc
Figure BDA0001900423060000057
其中，Ps指AC系统输入功率，Pdc指DC系统功率，
Figure BDA0001900423060000058
交流电压峰值，
Figure BDA0001900423060000059
指交流电流峰值，Pdc1指VSC1系统功率，Idc指直流电流。Pout指从AC系统输出功率。
对于交流电压和直流电压之间的转化：
Figure BDA00019004230600000510
Figure BDA00019004230600000511
从而，可以根据闭环控制原理图计算得到PI控制器
Figure BDA00019004230600000512
Figure BDA0001900423060000061
直流电流控制器的设计。图7为直流电流闭环控制原理图。
Figure BDA0001900423060000062
从而，可以根据闭环控制原理图计算得到PI控制器。
Figure BDA0001900423060000063
Figure BDA0001900423060000064
交流电流反馈控制的设计。图9为电流反馈控制。
Figure BDA0001900423060000065
*：表示参考值
Figure BDA0001900423060000066
Figure BDA0001900423060000067
指实测值峰值的参考值。
Figure BDA0001900423060000068
本发明根据派克变换将abc三个变量转化为αβ两个变量进行控制的方法。通过仿真软件PLECS，对电气量进行实时监测和校正，运行较为稳定，控制效果较好，实用性较强。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于VSC-HVDC系统的矢量控制参数优化方法，其特征在于，包括：
步骤1，在PLECS软件平台上搭建VSC-HVDC仿真模型，用以模拟仿真相关电气参数；
步骤2，构建用于直交流输电转换的控制器，包括：
设计转换控制器：
三相平衡系统空间矢量的表示方法：
Figure FDA0003337293400000011
Figure FDA0003337293400000012
Figure FDA0003337293400000013
控制空间矢量的方法运用笛卡尔坐标：
Figure FDA0003337293400000014
对于三相平衡系统，有功和无功可用空间向量法表示：
Figure FDA0003337293400000015
Figure FDA0003337293400000016
对于交流电的控制，iabc被转化为iαβ，用于控制流入交流系统的有功和无功，及伺服VSC系统，通过控制iαβ得到参考电压，从而伺服VSC系统；
iα和iβ通过以下方式得到：
Figure FDA0003337293400000017
Figure FDA0003337293400000018
Ref:表示参考值；
αβ框架控制先从一侧入手；三相平衡交流系统首先通过变换，得到αβ框架；
对于交流电流的控制，采用PR控制器：
Figure FDA0003337293400000019
其中，Kp为比例增益，K1为积分增益，ω为谐振频率；
根据闭环控制原理图，运用MATLAB平台设计出PR控制器；
将αβ框架加入到交流电流的控制中，形成初步AC转换DC系统；通过scope进行实时监测，检验所设计的控制器是否正确、合理；
所述用于直交流输电转换的控制器的控制流程包括：
交流电流实际值Is与参考交流电流值
Figure FDA0003337293400000021
进行比较后，通过PR控制器Gc(s)进行校准，将交流电压与直流电压的差值Vz与
Figure FDA0003337293400000022
相乘得到Is，从而形成交流电流的控制；
步骤3，基于矢量法构建控制器，用以通过控制矢量对直流电进行控制；所述控制器采用PI控制器；
运用派克定理的转换公式，表示为：
Figure FDA0003337293400000023
其中，
Figure FDA0003337293400000024
从而，
Figure FDA0003337293400000025
步骤4，在PLECS软件平台上构建对应于单个电气参数的控制器及控制回路，用以控制相应的电气参数；所述控制回路包括交流电流控制回路，直流电压、直流电流控制回路，交流电流反馈回路；所述控制器采用PI控制器；
步骤5，将步骤2、步骤3、步骤4中的控制器加入所述VSC-HVDC仿真模型中进行仿真模拟，用以对VSC-HVDC系统控制电气参数的矢量进行分析优化，得到两电流控制流程如下：
通过输入直流线路的有功功率参考值
Figure FDA0003337293400000026
及直流电压参考值
Figure FDA0003337293400000027
得到直流电流参考值
Figure FDA0003337293400000028
将直流电流参考值
Figure FDA0003337293400000029
与直流电流实际值Idc进行比较后送入PI控制器，得到两端直流电压之间电压差的参考值Vdc_link*，再将两端直流电压之间电压差的实际值Vdc_link与两端直流电压之间电压差的参考值Vdc_link*进行比较后送入PI控制器，得到两端直流电流之间电流差的参考值Idc_link，通过增益0.8，得到交流电流差的峰值的参考值Is_peak*，输入直流线路的有功功率参考值
Figure FDA0003337293400000031
与交流电流值参考值Is_estimate*之间的关系值是增益1，将交流电流差的峰值的参考值Is_peak*与交流电流值参考值Is_estimate*相加得到交流电流峰值的最终输出值Is_peak1*。
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