[發明專利]一種基于H∞混合靈敏度理論的MTDC阻尼控制器

在審

• 申請號: 202011188417.7
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112366742A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 丁安敏;周冠宇;馬文忠;田洪英
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于H∞混合靈敏度理論的MTDC阻尼控制器，此種控制器運用于多端柔性直流輸電系統(Multi?terminal VSC?HVDC，MTDC)的直流振蕩抑制，增強MTDC系統的穩定性能。本發明首先需要搭建一個四端的MTDC系統；然后基于H∞混合靈敏度理論對系統承受最大擾動或存在最大建模不確定的情況進行最優控制器設計，通過選取恰當的權重函數，保證所設計的控制器具有良好的動態性能及在不同工況下運行的魯棒性；最后運用Matlab的工具箱進行優化問題的求解得到MTDC阻尼控制器。本發明能夠在系統工作點改變的情況下正常高效運行，使系統的動態性能得到大幅的提升，相較于其他阻尼控制器，更適合在系統存在較強擾動和不確定性的情景。

技術領域

本發明涉及柔性直流輸電領域，具體涉及一種基于H∞混合靈敏度理論的MTDC阻尼控制器，結合H∞混合靈敏度理論基礎，用以提升MTDC的動態性能，提高系統穩定性。

背景技術

近年來，由于具有較強的靈活性、可靠性和可控性，基于電壓源換流器的多端柔性直流輸電(Multi-terminal VSC-HVDC，MTDC)技術發展迅速，在遠距離、大規模輸電，新能源消納，非同步電網互聯和弱電網供電等領域展現出巨大潛力。

直流故障的有效清除是VSC-MTDC安全穩定運行的前提，但對于直流斷路器拓撲，必須串聯限流電抗器來抑制故障電流，以保證故障被正常清除。對于現有的直流斷路器拓撲，一般選用串聯直流電抗器的方法來限制故障電流上升率，提升斷路器性能。但大容量的平波電抗器與輸電線路串聯會增大線路電感，加劇線路與換流站動態的交互作用，降低系統的阻尼。直流阻尼的缺失極大限制了系統的正常穩定工作區域，產生直流低頻振蕩，降低系統的穩定性，甚至導致系統在擾動情況下的失穩。

阻尼控制器的主要功能是降低直流擾動對系統的影響，提高系統的暫態性能，增大系統的穩態運行區間；另一方面，控制器的輸出量應在允許范圍內盡可能的小。H∞控制是一種魯棒最優控制理論，廣泛應用于被控對象具有不確定性與有界擾動的魯棒穩定問題。H∞控制已經在電力系統控制研究領域得到了廣泛關注。混合靈敏度優化是基于H∞框架的一類控制器設計方法，該方法設計的控制器可以兼顧系統的跟蹤，抗干擾，暫態性能和魯棒性等多方面控制目標，具有很強的應用價值。

綜上，阻尼控制器的設計問題可以轉化為混合靈敏度框架內的多目標優化問題考慮。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種基于H∞混合靈敏度理論的MTDC阻尼控制器，用于提高系統阻尼，增強系統穩定性能。因為大容量的平波電抗器與輸電線路串聯會增大線路電感，加劇線路與換流站之間動態的交互作用，降低系統的阻尼。直流阻尼的缺失極大限制了系統的正常穩定工作區域，產生直流低頻振蕩，降低系統的穩定性，甚至導致系統在擾動情況下的失穩。本發明能夠在系統工作點改變的情況下正常高效運行，具有較強的魯棒性和靈活性。

本發明提供的一種基于H∞混合靈敏度理論的MTDC阻尼控制器，主要包括：對于廣義對象P，尋找使擾動量d到被控量z之間傳函矩陣T_dz(s)的H∞范數最小的鎮定控制器K(s)。基于H∞框架控制器設計方法，將混合靈敏度優化問題用H∞理論表示，得到優化問題，其中S＝(1-GK)^-1為系統的靈敏度函數。該優化問題可以通過Matlab的Robust Control Toolbox工具箱求解。該阻尼控制器能夠有效提升系統的動態性能，增強系統穩定性，實現系統的安全、穩定運行。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種基于H∞混合靈敏度理論的MTDC阻尼控制器，主要包括以下步驟：

步驟A：搭建一個四端的柔性直流輸電系統，該系統主要包括四個換流站，換流站的交流側與強交流電網連接，直流側通過直流電網連接起來；

步驟B：結合H∞控制和混合靈敏度理論基礎，得到H∞混合靈敏度優化標準結構圖；

步驟C：根據H∞混合靈敏度優化標準結構得到標準形式描述；