CN115864403A - 基于交直流配电系统交互作用的控制方法、装置、设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统控制领域，尤其涉及一种基于交直流配电系统交互作用的控制方法、装置、设备。该方法包括：基于预设的分解算法对预设的主换流站的控制框图进行分解，基于分解后的控制框图建立计及系统交互作用交互模型；确定不同参数对双端交直流配电系统稳定性的影响参数，基于影响参数对交互模型进行降阶；基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定分数阶PI^λ控制器进行补偿；采用预设的差分进化算法对分数阶PI^λ控制器的参数进行调整，并进行控制。本发明在考虑系统间交互作用对多端交直流配电系统稳定性的影响下，针对系统传递函数存在的谐振尖峰和电压振荡等问题，设计了阻尼补偿环节和控制方法，提高了系统稳定性。

Description

基于交直流配电系统交互作用的控制方法、装置、设备

技术领域

本发明涉及电力系统控制领域，尤其涉及一种基于交直流配电系统交互作用的控制方法、装置、设备。

背景技术

随着可再生能源的进一步开发利用，交直流配电系统也得到了大量的研究和快速的发展。由于具备结构简单、控制灵活、适应性强等优势，电压源型变流器常作为连接交流侧和直流侧的互联接口被广泛应用于各种交直流混合供电系统中。交直流配电系统借助其灵活的多端互联拓扑和多个电压源换流器之间的协调控制，可以实现潮流转移和负荷平衡，提高局部供电能力和可靠性；因此，它已成为配电网络中的重要结构。

交直流配电系统具有弱阻尼和低惯性等特点，因为系统运行依赖于许多电力电子变换器的协调控制，而不是传统的同步发电机。在这种低惯性特性下，由于VSC的端口阻抗特性会受到控制参数和系统参数的影响，因此当交直流配电系统中各变流器端口阻抗特性不匹配时，系统在小扰动后激发系统某种谐振模式，产生功率振荡，进而到导致系统失稳。

研究表明，基于电力电子装置的交直流混合供电系统的失稳现象与系统中存在的阻抗交互作用及负阻尼有关。交直流混合供电系统在不同变流器端口阻抗之间、变流器端口阻抗与线路阻抗之间、以及变流器端口阻抗与电网阻抗之间均可能存在阻抗特性不匹配现象，即交直流混合供电系统在直流侧和交流侧均存在稳定性问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前对于主从控制下的多端交直流配电系统，一般将负荷和采用定有功功率控制的从换流站统一视为恒功率负荷，忽略了从换流站控制系统对系统稳定性的影响。针对这一问题，首先对主换流站的控制框图进行分解，在直流反馈部分引入从换流站模型，建立计及系统间交互作用的交直流配电系统模型；之后对比等效模型和交互模型在分析双端交直流配电系统在稳定性方面的差异；之后分析交直流配电系统存在的谐振尖峰和电压振荡现象，讨论不同参数对系统稳定性的影响，之后在实现模型降阶的基础上，提出基于输出功率的阻尼补偿措施，在维持系统特性几乎不变的情况下，抑制谐振尖峰的幅值，增大稳定裕度。

为解决上述的技术问题，第一方面，提供了一种基于交直流配电系统交互作用的控制方法，包括如下步骤：

步骤1，基于预设的分解算法对预设的主换流站的控制框图进行分解，基于分解后的控制框图建立计及系统交互作用交互模型；

步骤2，确定采用恒功率模型的等效模型和计及系统交互作用的交互模型在分析系统稳定性方面的差异数据；

步骤3，基于差异数据确定不同参数对双端交直流配电系统稳定性的影响参数，基于所述影响参数对交互模型进行降阶；

步骤4，基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定分数阶PI^λ控制器进行补偿；

步骤5，采用预设的差分进化算法对分数阶PI^λ控制器的参数进行调整，基于调整参数后的分数阶PI^λ控制器对双端交直流配电系统进行控制。

在第一方面的一些实现方式中，步骤1中所述的主换流站的传递函数模型为：

式中，K1为换流器VSC1的比例系数，Kceg1为换流器VSC1的等效增益；kip1和kii1分别为VSC1电流内环PI调节器的比例、积分系数；kpp1和kpi1分别为VSC1电压外环PI调节器的比例、积分系数，Rc1和Lc1分别为换流器VSC1交流侧线路电阻和电感；Gdc为直流反馈部分的传递函数；s为拉普拉斯算子。

其中：

式中，C1为换流器VSC1的直流侧电容，Pdc为直流负荷功率。

当考虑系统交互作用的影响时，主换流站的直流反馈部分传递函数的由Gdc变为Gdc’，即直流系统的传递函数由原来的直流电容和等效负荷两部分变成了直流电容、等效负荷和VSC2等效传递函数三部分组成，因此考虑从站控制系统的直流系统传递函数为：

其中：

式中，Gvsc2为换流器VSC2的传递函数；usd2和Isd2分别为VSC2交流侧d轴电压和电流；Gi2＝kip2+kii2/s，为VSC2电流内环PI控制器；Gp2＝kpp2+kpi2/s，为VSC2电压外环PI控制器；Yg2＝1/(Rg2+sLg2)为VSC2交流母线导纳；Zg2＝Rc2+sLc2，为VSC1交流侧线路阻抗，Udc为直流母线电压，idc为VSC2输出的直流电流。

在第一方面的一些实现方式中，由步骤2中对比Gvsc1和Gvsc1’可知，其主要差别为直流部分的等效传递函数发生改变。由于引入了VSC2控制部分，系统阶数增加，复杂程度更高。对比等效模型和交互模型的bode图和零极点分布图可知，当考虑从站控制系统的影响时，VSC直流端口阻抗于中频段范围内存在一个谐振尖峰，在谐振频段内VSC直流端口阻抗的幅值增大，谐振点处的相位出现了180°的跳变，当相角差>180°时，系统将不满足阻抗比稳定判据而失稳。其原因在于当VSC2连接到DC网络后，其阻抗特性与DC网络之间、主换流站之间存在相互作用。即使当DC母线电压恒定时，这种相互作用行为仍会削弱DC网络阻尼，并且从站传输功率的增加可能会导致相位裕度为0°或小于0°。

在第一方面的一些实现方式中，步骤3中选取谐振尖峰所在的中频段进行分析，通过求取各参数在谐振尖峰处的增益灵敏度和频率灵敏度，灵敏度计算公式为：

式中，M为系统传递函数的幅值，x为所求参数，w为系统角频率，w0为谐振频率。

根据灵敏度分析可知：

(1)谐振尖峰幅值与各换流站额定功率、各换流站外环控制参数、主换流站内环控制等参数呈正相关，与从换流站内环控制参数、各换流站交流侧电感、直流侧电容等参数呈负相关。

(2)谐振尖峰频率与主换流站内外环控制参数呈正相关，与主换流站交流侧电感、直流侧电容等参数呈负相关，与换流站额定功率、从换流站控制参数、从换流站交流侧电感等参数关系不大。

在灵敏度分析的基础上，考虑控制环节的时间尺度，实现模型的降阶。降阶后的系统传递函数为：

其中：

通过对比降阶前后传递函数的bode图可知，二者在所关心的中高频段保持了良好的相似性，可用于分析系统的谐振尖峰和电压高频振荡问题。

在第一方面的一些实现方式中，步骤4中针对双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡现象，设计分数阶PIλ控制器进行补偿，在维持系统特性几乎不变的情况下，抑制谐振尖峰的幅值，增大稳定裕度。

分数阶PI^λ控制器的传递函数为：

分数阶PI^λ控制器除本身的PI参数外，通过增加可调参数λ实现对微分和导数求任意阶次，而非是整数阶导数和n重积分，从而增加了控制器的自由度和灵活性，同时通过改变参数λ，也能改变系统的低频段和高频段的幅值斜率和相位角，因此也增加了系统的稳定性。当λ＝1时，分数阶PI^λ控制器退化为普通的PI控制器。根据分数阶PI^λ控制器的控制特性，在主换流器电压外环处串入分数阶PI^λ控制器，实现控制优化。

在第一方面的一些实现方式中，步骤5中所述的采用差分进化算法对分数阶PI^λ的参数进行优化，在提高控制器性能的同时实现自适应控制。

差分进化算法通过直流电压参考值与实际值之间的误差以及PI^λ控制器的输出量进行搜索寻优训练；根据训练结果选取Kp,Ki,λ,的最优值，即对分数阶PI^λ控制器的调参问题变成了根据PIλ控制器的输入量和输出量之间的差值，求取最佳Kp,Ki,λ适应值的问题。

差分进化算法调节PI^λ控制器参数的步骤如下：

(1)种群初始化

假设需要调节的参数有D个，则处于第g代的参数向量可用x_i,g表示为

x_i,g＝(x_j,i,g),j＝0,1,...,D-1

将种群规模设定为NP，处于第g代的种群矩阵可用P_x,g表示为

P_x,g＝(x_i,g),i＝0,1,...,NP-1,g＝0,1,...,g_max

D＝3，NP＝50，gmax＝30。确定初始化的边界之后，种群中的NP个个体由下式进行随机初始化：

x_j,i,g＝rand_j[0,1)(b_j,u-b_j,i)+b_j,i

(2)变异

用vi,g表示生成的变异向量，其变异的方式为：

v_i,g＝x_r0,g+F(x_r1,g-x_r2,g)

式中缩放因子F为一正实数且F∈(0,1)，其有效值不大于1。此处设置为0.8用以控制差分进化的速率。

(3)重组(交叉)

差分进化算法对参数向量进行实数编码，采用的是交叉过程，可表示为

式中，CR∈[0,1]为交叉概率，控制种群在变异过程中复制个体间信息的比例。此处选择交叉概率CR＝0.9。

(4)选择

选择过程可表示为：

式中，f(x)表示对于种群内部个体x的适应度函数。

第二方面，提供了一种基于交直流配电系统交互作用的控制装置，该装置包括：

模型建立模块，用于基于预设的分解算法对预设的主换流站的控制框图进行分解，基于分解后的控制框图建立计及系统交互作用交互模型；

差异确定模块，用于确定采用恒功率模型的等效模型和计及系统交互作用的交互模型在分析系统稳定性方面的差异数据；

降阶模块，用于基于所述差异数据确定不同参数对双端交直流配电系统稳定性的影响参数，基于所述影响参数对交互模型进行降阶；

补偿模块，用于基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定分数阶PI^λ控制器进行补偿；

控制模块，用于采用预设的差分进化算法对分数阶PI^λ控制器的参数进行调整，基于调整参数后的分数阶PI^λ控制器对双端交直流配电系统进行控制。

在第二方面的一些实现方式中，主换流站的控制框图中传递函数模型满足公式(1)：

在公式(1)中，K₁为换流器VSC1的比例系数，K_ceg1为换流器VSC1的等效增益；k_ip1和k_ii1分别为VSC1电流内环PI调节器的比例、积分系数；k_pp1和k_pi1分别为VSC1电压外环PI调节器的比例、积分系数，R_c1和L_c1分别为换流器VSC1交流侧线路电阻和电感；G_dc为直流反馈部分的传递函数；s为拉普拉斯算子。

第三方面，提供了一种电子设备，该设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；

处理器执行计算机程序指令时实现第一方面，以及第一方面的一些实现方式中的方法。

第四方面，提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现第一方面，以及第一方面的一些实现方式中的方法。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、通过建立计及系统交互作用的交直流配电系统传递函数模型，分析其存在的谐振尖峰和电压振荡现象，并具有良好的拓展性，适用于多换流器和不同拓扑结构下系统交互作用和稳定性分析。

2、提出基于分数阶PI^λ控制器的补偿策略，在维持系统特性几乎不变的情况下，抑制谐振尖峰的幅值，增大稳定裕度，提高了交直流配电系统运行稳定性。

3、采用差分进化算法对分数阶PI^λ的参数进行优化，提高了控制器性能。当系统结构发生变化时，可进行模型的在线或离线优化，实现自适应控制，维持系统稳定。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于交直流配电系统交互作用的控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种多端交直流配电系统拓扑结构图；

图3为本发明实施例提供的不同模型的直流反馈部分；

图4为本发明实施例提供的等效模型与交互模型的bode图对比；

图5为本发明实施例提供的模型降阶前后的bode图对比；

图6为本发明实施例提供的分数阶PI^λ控制器补偿环节示意图；

图7为本发明实施例提供的算法优化流程图；

图8为优化前后bode图对比；

图9为优化前直流电压波形图；

图10为优化后直流电压波形图；

图11为应用场景图；

图12为本发明实施例提供的一种基于交直流配电系统交互作用的控制装置的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的一种计算设备的结构图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图对本发明实施例提供的基于交直流配电系统交互作用的控制方法、装置、设备以及存储介质做进一步说明。

图1是本发明实施例提供的一种基于交直流配电系统交互作用的控制方法的流程示意图，该方法的执行主体可以为服务器，也可以为具有计算处理能力的其他终端设备。

如图1所示，基于交直流配电系统交互作用的控制方法可以包括：

S101：基于预设的分解算法对预设的主换流站的控制框图进行分解，基于分解后的控制框图建立计及系统交互作用交互模型。

S102：确定采用恒功率模型的等效模型和计及系统交互作用的交互模型在分析系统稳定性方面的差异数据。

S103：基于差异数据确定不同参数对双端交直流配电系统稳定性的影响参数，基于影响参数对交互模型进行降阶。

S104：基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定分数阶PI^λ控制器进行补偿。

S105：采用预设的差分进化算法对分数阶PI^λ控制器的参数进行调整，基于调整参数后的分数阶PI^λ控制器对双端交直流配电系统进行控制。

结合图2-11所示，对图1中所示的基于交直流配电系统交互作用的控制方法进行进一步的描述，其中图11为应用场景图。

在S101中，即，在基于预设的分解算法对预设的主换流站的控制框图进行分解的基础上，建立计及系统交互作用交互模型的过程中，以如图2所示的双端交直流配电系统模型为例，其主换流站的传递函数模型满足公式，

式中，K1为换流器VSC1的比例系数，Kceg1为换流器VSC1的等效增益；kip1和kii1分别为VSC1电流内环PI调节器的比例、积分系数；kpp1和kpi1分别为VSC1电压外环PI调节器的比例、积分系数，Rc1和Lc1分别为换流器VSC1交流侧线路电阻和电感；Gdc为直流反馈部分的传递函数；s为拉普拉斯算子。

其中：

式中，C1为换流器VSC1的直流侧电容，Pdc为直流负荷功率。

当考虑系统交互作用的影响时，主换流站的直流反馈部分传递函数的由Gdc变为Gdc’，如图3所示，即直流系统的传递函数由原来的直流电容和等效负荷两部分变成了直流电容、等效负荷和VSC2等效传递函数三部分组成，因此考虑从站控制系统的直流系统传递函数为：

其中：

式中，Gvsc2为换流器VSC2的传递函数；usd2和Isd2分别为VSC2交流侧d轴电压和电流；Gi2＝kip2+kii2/s，为VSC2电流内环PI控制器；Gp2＝kpp2+kpi2/s，为VSC2电压外环PI控制器；Yg2＝1/(Rg2+sLg2)为VSC2交流母线导纳；Zg2＝Rc2+sLc2，为VSC1交流侧线路阻抗，Udc为直流母线电压，idc为VSC2输出的直流电流。

在S102中，即，在分析采用恒功率模型的等效模型和计及系统交互作用的交互模型在分析系统稳定性方面的差异的过程中，对比Gvsc1和Gvsc1’可知，其主要差别为直流部分的等效传递函数发生改变。由于引入了VSC2控制部分，系统阶数增加，复杂程度更高。如图4所示，通过对比等效模型和交互模型的bode图可知，当考虑从站控制系统的影响时，VSC直流端口阻抗于中频段范围内存在一个谐振尖峰，在谐振频段内VSC直流端口阻抗的幅值增大，谐振点处的相位出现了180°的跳变，当相角差>180°时，系统将不满足阻抗比稳定判据而失稳。其原因在于当VSC2连接到DC网络后，其阻抗特性与DC网络之间、主换流站之间存在相互作用。即使当DC母线电压恒定时，这种相互作用行为仍会削弱DC网络阻尼，并且从站传输功率的增加可能会导致相位裕度为0°或小于0°。

在S103中，即，在分析不同参数对双端交直流配电系统稳定性的影响，实现系统交互模型的降阶的过程中，选取谐振尖峰所在的中频段进行分析，通过求取各参数在谐振尖峰处的增益灵敏度和频率灵敏度，灵敏度计算公式为：

式中，M为系统传递函数的幅值，x为所求参数，w为系统角频率，w0为谐振频率。

根据灵敏度分析可知：

(1)谐振尖峰幅值与各换流站额定功率、各换流站外环控制参数、主换流站内环控制等参数呈正相关，与从换流站内环控制参数、各换流站交流侧电感、直流侧电容等参数呈负相关。

(2)谐振尖峰频率与主换流站内外环控制参数呈正相关，与主换流站交流侧电感、直流侧电容等参数呈负相关，与换流站额定功率、从换流站控制参数、从换流站交流侧电感等参数关系不大。

在灵敏度分析的基础上，考虑控制环节的时间尺度，实现模型的降阶。降阶后的系统传递函数为：

其中：

如图5所示，对比降阶前后传递函数的bode图可知，二者在所关心的中高频段保持了良好的相似性，可用于分析系统的谐振尖峰和电压高频振荡问题。

在S104中，即，针对双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡现象，设计分数阶PI^λ控制器进行补偿，在维持系统特性几乎不变的情况下，抑制谐振尖峰的幅值，增大稳定裕度；

针对双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡现象，设计分数阶PI^λ控制器进行补偿，在维持系统特性几乎不变的情况下，抑制谐振尖峰的幅值，增大稳定裕度。

补偿环节如图6所示，其中分数阶PI^λ控制器的传递函数为：

分数阶PI^λ控制器出本身的PI参数外，通过增加可调参数λ实现对微分和导数求任意阶次，而非是整数阶导数和n重积分，从而增加了控制器的自由度和灵活性，同时通过改变参数λ，也能改变系统的低频段和高频段的幅值斜率和相位角，因此也增加了系统的稳定性。当λ＝1时，分数阶PI^λ控制器退化为普通的PI控制器。根据分数阶PI^λ控制器的控制特性，在主换流器电压外环处串入分数阶PIλ控制器，实现控制优化。

在S105中，即，采用预设的差分进化算法对分数阶PI^λ的参数进行优化调整，在提高控制器性能的同时实现自适应控制。

差分进化算法通过直流电压参考值与实际值之间的误差以及PIλ控制器的输出量进行搜索寻优训练；根据训练结果选取Kp,Ki,λ,的最优值，即对分数阶PIλ控制器的调参问题变成了根据PIλ控制器的输入量和输出量之间的差值，求取最佳Kp,Ki,λ适应值的问题。

如图7所示，差分进化算法调节PI^λ控制器参数的步骤如下：

(1)种群初始化

假设需要调节的参数有D个，则处于第g代的参数向量可用x_i,g表示为

x_i,g＝(x_j,i,g),j＝0,1,...,D-1

将种群规模设定为NP，处于第g代的种群矩阵可用P_x,g表示为

P_x,g＝(x_i,g),i＝0,1,...,NP-1,g＝0,1,...,g_max

D＝3，NP＝50，gmax＝30。确定初始化的边界之后，种群中的NP个个体由下式进行随机初始化：

x_j,i,g＝rand_j[0,1)(b_j,u-b_j,i)+b_j,i

(2)变异

用vi,g表示生成的变异向量，其变异的方式为：

v_i,g＝x_r0,g+F(x_r1,g-x_r2,g)

式中缩放因子F为一正实数且F∈(0,1)，其有效值不大于1。此处设置为0.8用以控制差分进化的速率。

(3)重组(交叉)

差分进化算法对参数向量进行实数编码，采用的是交叉过程，可表示为

式中，CR∈[0,1]为交叉概率，控制种群在变异过程中复制个体间信息的比例。此处选择交叉概率CR＝0.9。

(4)选择

选择过程可表示为：

式中，f(x)表示对于种群内部个体x的适应度函数。

下面以一个实例具体说明本申请的交互作用建模和控制优化方法。在实例中，交直流配电系统采用主从控制方式，VSC1作为主站，采用恒DC电压控制策略，保证DC电网电压稳定，从站VSC2采用恒定有功功率控制策略，负荷侧利用变流装置实现能量的双向流动和电压变换。以多端交直流配电系统作为仿真对象来具体说明交互作用建模和控制优化方法。

在本实例中，在系统正常运行状态下15s时直流负荷增加50％，观察直流电压变化情况，对比本文提出的控制优化方法的实际效果。在本实例中，D＝3，NP＝50，gmax＝30，F＝0.8，CR＝0.9。仿真结果如图9和图10所示。通过两种方法对比可以看出本文所提方法在系统负荷发生变化时有效提高了系统稳定性，抑制直流电压振荡现象，使得系统发生波动后电压跌落减少，可快速恢复至额定电压。

综上所示，本发明所公开的基于交直流配电系统交互作用的控制方法，通过建立计及系统交互作用的交直流配电系统传递函数模型，分析其存在的谐振尖峰和电压振荡现象，并具有良好的拓展性，适用于多换流器和不同拓扑结构下系统交互作用和稳定性分析。

而且提出基于分数阶PI^λ控制器的补偿策略，在维持系统特性几乎不变的情况下，抑制谐振尖峰的幅值，增大稳定裕度，提高了交直流配电系统运行稳定性。

再者采用差分进化算法对分数阶PI^λ的参数进行优化，提高了控制器性能。当系统结构发生变化时，可进行模型的在线或离线优化，实现自适应控制，维持系统稳定。

与图1中基于交直流配电系统交互作用的控制方法相对应，本发明实施例还提供了一种基于交直流配电系统交互作用的控制装置，如图12所示，该装置包括：

模型建立模块1201，用于基于预设的分解算法对预设的主换流站的控制框图进行分解，基于分解后的控制框图建立计及系统交互作用交互模型；

差异确定模块1202，用于确定采用恒功率模型的等效模型和计及系统交互作用的交互模型在分析系统稳定性方面的差异数据；

降阶模块1203，用于基于差异数据确定不同参数对双端交直流配电系统稳定性的影响参数，基于影响参数对交互模型进行降阶；

补偿模块1204，用于基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定分数阶PI^λ控制器进行补偿；

控制模块1205，用于采用预设的差分进化算法对分数阶PI^λ控制器的参数进行调整，基于调整参数后的分数阶PI^λ控制器对双端交直流配电系统进行控制。

在一些实施例中，主换流站的控制框图中传递函数模型满足公式：

在上式中，K₁为换流器VSC1的比例系数，K_ceg1为换流器VSC1的等效增益；k_ip1和k_ii1分别为VSC1电流内环PI调节器的比例、积分系数；k_pp1和k_pi1分别为VSC1电压外环PI调节器的比例、积分系数，R_c1和L_c1分别为换流器VSC1交流侧线路电阻和电感；G_dc为直流反馈部分的传递函数；s为拉普拉斯算子。

在一些实施例中，差异确定模块1202，还可以用于当考虑从站控制系统的影响时，VSC直流端口阻抗于中频段范围内存在一个谐振尖峰，在谐振频段内VSC直流端口阻抗的幅值增大，谐振点处的相位出现180°的跳变，当相角差>180°时，确定计及系统交互作用交互模型不满足阻抗比稳定判据而失稳。

在一些实施例中，降价后交互模型的系统传递函数满足公式：

在上式中，

在一些实施例中，基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定的分数阶PI^λ控制器的传递函数满足公式：

在一些实施例中，控制模块1205，还可以用于假设需要调节的参数有D个，则处于第g代的参数向量可用x_i,g表示为公式：

x_i,g＝(x_j,i,g),j＝0,1,...,D-1

将种群规模设定为NP，处于第g代的种群矩阵可用P_x,g表示为：

P_x,g＝(x_i,g),i＝0,1,...,NP-1,g＝0,1,...,g_max

确定初始化的边界之后，种群中的NP个个体由下式进行随机初始化满足：

x_j,i,g＝rand_j[0,1)(b_j,u-b_j,i)+b_j,i

用vi，g表示生成的变异向量，其变异的方式满足：

v_i,g＝x_r0,g+F(x_r1,g-x_r2,g)

在上式中，缩放因子F为一正实数且F∈(0,1)，其有效值不大于1；

差分进化算法对参数向量进行实数编码，采用的是交叉过程，满足：

在上式中，CR∈[0,1]为交叉概率，控制种群在变异过程中复制个体间信息的比例；

选择过程满足：

在上式中，f(x)表示对于种群内部个体x的适应度函数。

可以理解的是，图12所示的基于交直流配电系统交互作用的控制装置中的各个模块具有实现图1中各个步骤的功能，并能达到其相应的技术效果，为简洁描述，在此不再赘述。

图13是本发明实施例提供的一种计算设备的硬件架构的结构图。如图13所示，计算设备1300包括输入接口1301、中央处理器1302、存储器1303以及输出接口1304。其中，输入接口1301、中央处理器1302、存储器1303、以及输出接口1304通过总线1310相互连接。

也就是说，图13所示的计算设备也可以被实现为基于交直流配电系统交互作用的控制设备，该设备可以包括：处理器以及存储有计算机可执行指令的存储器；该处理器在执行计算机可执行指令时可以实现本发明实施例提供的基于交直流配电系统交互作用的控制方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现本发明实施例提供的基于交直流配电系统交互作用的控制方法。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、闪存、可消除的只读存储器(ErasableRead Only Memory，EROM)、软盘、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、光盘、硬盘、光纤介质、射频(Radio Frequency，RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

上面参考根据本公开的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各方面。应当理解，流程图和/或框图中的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器，以产生一种机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的这些指令使能对流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的实现。这种处理器可以是但不限于是通用处理器、专用处理器、特殊应用处理器或者现场可编程逻辑电路。还可理解，框图和/或流程图中的每个方框以及框图和/或流程图中的方框的组合，也可以由执行指定的功能或动作的专用硬件来实现，或可由专用硬件和计算机指令的组合来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。此外，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于交直流配电系统交互作用的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

基于预设的分解算法对预设的主换流站的控制框图进行分解，基于分解后的控制框图建立计及系统交互作用交互模型；

确定采用恒功率模型的等效模型和计及系统交互作用的交互模型在分析系统稳定性方面的差异数据；

基于所述差异数据确定不同参数对双端交直流配电系统稳定性的影响参数，并根据所述影响参数对交互模型进行降阶；

基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定分数阶PI^λ控制器进行补偿；

采用预设的差分进化算法对分数阶PI^λ控制器的参数进行调整，基于调整参数后的分数阶PI^λ控制器对双端交直流配电系统进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主换流站的控制框图中传递函数模型满足公式(1)：

在公式(1)中，K₁为换流器VSC1的比例系数，K_ceg1为换流器VSC1的等效增益；k_ip1和k_ii1分别为VSC1电流内环PI调节器的比例、积分系数；k_pp1和k_pi1分别为VSC1电压外环PI调节器的比例、积分系数，R_c1和L_c1分别为换流器VSC1交流侧线路电阻和电感；G_dc为直流反馈部分的传递函数；s为拉普拉斯算子。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定采用恒功率模型的等效模型和计及系统交互作用的交互模型在分析系统稳定性方面的差异，包括：

当考虑从站控制系统的影响时，VSC直流端口阻抗于中频段范围内存在一个谐振尖峰，在谐振频段内VSC直流端口阻抗的幅值增大，谐振点处的相位出现180°的跳变，当相角差>180°时，确定计及系统交互作用交互模型不满足阻抗比稳定判据而失稳。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，降价后交互模型的系统传递函数满足公式(2)：

在公式(2)中，

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定的分数阶PI^λ控制器的传递函数满足公式(3)：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用预设的差分进化算法对分数阶PI^λ控制器的参数进行调整，包括：

假设需要调节的参数有D个，则处于第g代的参数向量可用x_i,g表示为公式(4)：

x_i,g＝(x_j,i,g),j＝0,1,...,D-1 (4)

将种群规模设定为NP，处于第g代的种群矩阵可用P_x,g表示为公式(5)：

P_x,g＝(x_i,g),i＝0,1,...,NP-1,g＝0,1,...,g_max (5)

确定初始化的边界之后，种群中的NP个个体由下式进行随机初始化满足公式(6)：

x_j,i,g＝rand_j[0,1)(b_j,u-b_j,i)+b_j,i (6)

用vi，g表示生成的变异向量，其变异的方式满足公式(7)：

v_i,g＝x_r0,g+F(x_r1,g-x_r2,g) (7)

公式(7)中，缩放因子F为一正实数且F∈(0,1)，其有效值不大于1；

差分进化算法对参数向量进行实数编码，采用的是交叉过程，满足公式(8)：

公式(8)中，CR∈[0,1]为交叉概率，控制种群在变异过程中复制个体间信息的比例；

选择过程满足公式(9)：

公式(9)中，f(x)表示对于种群内部个体x的适应度函数。

7.一种基于交直流配电系统交互作用的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

模型建立模块，用于基于预设的分解算法对预设的主换流站的控制框图进行分解，基于分解后的控制框图建立计及系统交互作用交互模型；

差异确定模块，用于确定采用恒功率模型的等效模型和计及系统交互作用的交互模型在分析系统稳定性方面的差异数据；

降阶模块，用于基于所述差异数据确定不同参数对双端交直流配电系统稳定性的影响参数，基于所述影响参数对交互模型进行降阶；

补偿模块，用于基于双端交直流配电系统存在的谐振尖峰和次同步振荡参数，确定分数阶PI^λ控制器进行补偿；

控制模块，用于采用预设的差分进化算法对分数阶PI^λ控制器的参数进行调整，基于调整参数后的分数阶PI^λ控制器对双端交直流配电系统进行控制。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述主换流站的控制框图中传递函数模型满足公式(1)：

在公式(1)中，K₁为换流器VSC1的比例系数，K_ceg1为换流器VSC1的等效增益；k_ip1和k_ii1分别为VSC1电流内环PI调节器的比例、积分系数；k_pp1和k_pi1分别为VSC1电压外环PI调节器的比例、积分系数，R_c1和L_c1分别为换流器VSC1交流侧线路电阻和电感；G_dc为直流反馈部分的传递函数；s为拉普拉斯算子。

9.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；

所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求1-6中任意一项所述的方法。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-6中任意一项所述的方法。

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