[發明專利]一種基于模型預測控制的換相失敗控制方法

有效

• 申請號: 202010322955.4
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111463820B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 周昊;焦在濱;張鵬輝;饒宇飛;李程昊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;國網河南省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發明公開了一種基于模型預測控制的換相失敗控制方法，首先，當換流母線電壓波形畸變后，利用最小二乘的方法對諧波參數進行擬合，通過擬合的參數計算線電壓過零點偏移角度，基于上述參數建立電壓波形與觸發角及關斷角的關聯關系模型，通過滾動優化實時預測觸發角信號改變量，并根據每次換相的調節偏差量進行反饋校正對下次換相的觸發角進行修正，實現精確控制，最終確定該工況下最優觸發角度，避免換相失敗和逆變器閉鎖事件的發生，進而保證高壓直流輸電系統和交直流混聯電力系統的安全運行。

技術領域

本發明屬于電力系統領域，涉及高壓直流輸電領域，具體涉及一種基于模型預測控制的換相失敗控制方法。

背景技術

在我國，大規模遠距離電力傳輸的需求以及其在電力系統聯網方面的獨特優勢使得促使眾多高壓直流輸電工程的投運，交直流混聯電網逐漸形成。換相失敗是LCC-HVDC高壓直流輸電系統最常見的故障之一，會造成直流電壓降低，電流短時增大，同時對交流系統產生巨大影響，若換相失敗控制不當，可能會導致換流器閉鎖，最終引發區域間功率傳輸中斷。目前對于換相失敗的評估和抑制措施的研究大多針對交流系統短路故障工況設計，包括比較由三相短路和單相接地短路故障引發換相失敗的最小電壓跌落、臨界換相時間-電壓面積與實際值大小等指標評估方法以及換相失敗預測(CFPREV)等控制策略，這些方法的判據大多基于工頻電壓的幅值，無法考慮系統暫態過程中諧波等電壓波形畸變對換相過程的影響。

波形畸變(非正弦波)情況下，受換相電壓不可預知的影響，換流閥在觸發時刻無法準確得到換相結束后的關斷角數值。國內外針對上述問題進行了相關研究，包括針對勵磁涌流導致CFPREV誤動的機理并提出了考慮勵磁涌流的換相失敗預測算法和改進控制策略，以及采用優化的方法提出了表征勵磁涌流對換相影響的指標LTHD等，為解決波形畸變導致換相失敗提供了量化依據。但是上述方法的指標值整定以及優化都是離線進行的，在諧波引起電壓波形畸變這種參數動態變化的場景下，存在較大的計算誤差，算法的性能不佳。模型預測控制算法能夠通過檢測實時信息修正未來動態行為，在線反復進行優化計算，可以解決對非正弦電壓波形情況下換相失敗控制的模型誤差問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于模型預測控制的換相失敗控制方法，以克服現有技術的缺陷，本發明能夠在換流母線電壓波形畸變的工況下對觸發角進行有效控制，使關斷角維持在期望值附近進而避免換相失敗的發生。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于模型預測控制的換相失敗控制方法，包括以下步驟：

步驟1、逆變側換流母線電壓波形畸變后，依據最小二乘的方法擬合各次諧波參數，利用Levenberg-Marquardt算法對其求解；

步驟2、依據換相時間-電壓面積理論，由步驟1得到的各次諧波參數，建立電壓波形與觸發角及關斷角的關聯關系模型，用于建立觸發角調節量的滾動優化模型，通過優化的方法求解得出當前時刻的觸發角；

步驟3、測量上一次換相過程關斷角的實際值，利用其與關斷角目標值的差值對步驟2所得的觸發角信號進行加權修正，判斷當前時刻是否到達到控制時序的終點，是則將修正后的觸發信號作為下次換相最終的觸發角輸入到直流控制系統，否則到下個采樣時刻返回步驟1。

進一步地，步驟1中利用最小二乘的方法擬合各次諧波參數模型如下：

0≤U_ic≤U_icmax

0≤U_is≤U_ismax

0≤U₀≤U_0max