[發明專利]電壓不平衡狀態下VSC參考電流及其高階微分計算方法

有效

• 申請號: 202010367000.0
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111404165B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 郭楚佳;張芳
• 申請（專利權）人: 柏拉圖（上海）電力有限公司
• 主分類號: H02J3/12
• 分類號: H02J3/12;H02J3/16
• 代理公司: 北京鼎德寶專利代理事務所(特殊普通合伙) 11823
• 代理人: 馬冠群

電網電壓不平衡狀態下VSC輸出參考電流及其高階微分計算方法，包括以下步驟；首先，對系統三相電壓、電流進行采樣，得到可計算系統公共耦合點(PCC)處有功功率和無功功率的變量值，其次，計算控制有功功率平均值的同時對有功、無功功率波動控制的電流參考值：再次，計算控制無功功率平均值的同時對有功、無功功率波動控制的電流參考值：然后，計算總參考電流值，最后，計算參考電流微分：本發明結合功率波動控制，避免參考電流微分計算時的直接差分運算，保證各高階微分可求，且均有界，為非線性控制器設計奠定理論基礎。

技術領域

本發明涉及電壓源變換器(VSC)非線性控制器技術領域，特別涉及電壓不平衡狀態下VSC參考電流及其高階微分計算方法。

背景技術

為電壓源變換器(VSC)設計自適應控制、魯棒控制等先進控制器，可以大幅度提高VSC的控制性能，以適應配電網絡中分布式發電滲透率高、負荷投入/切除模式靈活所帶來的未知擾動和不確定性。但在非線性控制器設計過程中，控制律計算時往往需要參考值的微分項，且所需的微分階數與系統階數直接相關。而實際應用中的參考電流卻僅僅只能計算得到當前時刻值，而不知道未來時刻值，導致參考值關于時間的微分不可計算，且不能保證各階微分結果有上界。這一問題制約了非線性控制方法在VSC中的應用。

滑模控制、反步控制等多種非線性控制方法在VSC裝置中均有一定的研究，多針對一階VSC系統，故而僅需要參考值的一階微分，在穩態時，使用差分方法可以獲得其一階微分，但當參考值信號存在奇點，差分結果不能保證數值上有界。面臨包含LC濾波、LCL濾波等高階VSC系統時，參考值的二階、三階微分結果便難以獲得。一些針對性設計的高階微分環節僅僅是對已有的采樣值進行計算，存在一個采樣周期的延時，降低了系統的控制性能，同時不能保證其數值結果有界。當電網電壓不平衡發生時，正序、負序同時存在，控制變量增多，系統耦合加劇，參考值計算更為復雜，其連續可微的條件更加難以達到。從而電網電壓不平衡時，非線性控制方法在VSC中難以應用，限制了VSC控制性能的提升改進，阻礙了先進控制理論在VSC中的應用。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明的目的在于提供電壓不平衡狀態下VSC參考電流及其高階微分計算方法，電網電壓不平衡時，結合功率波動控制，避免參考電流微分計算時的直接差分運算，保證各高階微分可求，且均有界，為非線性控制器設計奠定理論基礎。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

電壓不平衡狀態下VSC參考電流及其高階微分計算方法，包括以下步驟；

首先，對系統三相電壓、電流進行采樣，得到可計算系統公共耦合點(PCC)處有功功率和無功功率的變量值，包括，PCC處三相電壓v＝[v_a?v_b?v_c]^T、三相電流i_i＝[i_a?i_b?i_c]^T，可計算PCC點功率為：

其中，v_⊥表示滯后v正90°，上標“+”表示正序分量，“-”表示負序分量，該正、負序分量可通過已有方法計算得到，正、負序分量均可表示為三角函數模式，電流、電壓向量之間為點乘關系，P_i和ΔP_i為瞬時有功功率的平均分量和波動分量；Q_i和ΔQ_i為瞬時無功功率的平均分量和波動分量；

其次，計算控制有功功率平均值的同時對有功、無功功率波動控制的電流參考值：

令為參考有功功率平均值，參考值P_ref為已知量，為上一級控制器下發的參考指令，等式右側為三相不平衡狀態下功率計算的基本表達式；預設一控制參數k_p，可控制有功功率波動和無功功率波動強度，即使得功率波動分別滿足：