[发明专利]多端柔性直流输电系统直流电压偏差的自抗扰控制方法

说明书

本发明公开了一种多端柔性直流输电系统直流电压偏差的自抗扰控制方法，所述方法将传统基于直流电压偏差控制的外环控制策略的PI控制环节替换成非线性状态误差反馈环节，利用非线性状态误差反馈环节的“大误差，小增益；小误差，大增益”的特点，减少了PI环节的“退饱和”时间，即当直流电压偏差控制策略外环控制达到切换控制方式的条件时，能减少切换为定直流电压控制的时间，尽快稳定系统的电压，并减少电压调节带来的电压波动。另外与直流电压偏差控制的外环控制策略配合的内环控制策略换成基于自抗扰控制的内环控制策略，进一步增强所设计的新型直流电压偏差控制策略的动态性能和抗干扰性能。

技术领域

本发明涉及电力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及一种多端柔性直流输电系统直流电压偏差的自抗扰控制方法。

背景技术

多端柔性直流输电系统由于其潮流分配灵活、可以用于连接弱交流系统、不需要大量无功补偿设备等特点而成为电力科研工作者和工程界的研究热门。因换流器数学模型的复杂性，准确得出多端柔性直流输电系统的数学模型几乎是不可能的事情。如何在没有准确数学模型的情况下得到具有良好鲁棒性、快速性、适应性的控制方法成为研究的难点。

在多端柔性直流输电系统的控制中，最重要的是使各换流站的有功功率得到有效的调配和维持直流系统的电压稳定，即各换流站的配合。在上世纪90年代，中国科学院韩晶清研究员提出了自抗扰控制器(active disturbance rejection controller，ADRC)，其既保留了PID环节的优越性，基于状态误差反馈来消除误差，又消除了PID控制的一些缺点。自抗扰控制不需要受控对象有精确的数学模型，具有响应快速、控制精度高和鲁棒性强的特点。目前自抗扰控制已在航天、化工和电力等多个领域得到应用。自抗扰控制一般具有三部分：跟踪微分器(tracking differentiator，TD)、扩张状态观测器(extended stateobserver，ESO)、非线性状态误差反馈(nonlinear state error feedback，NLSEF)。TD一般用作合理安排过渡过程和提取微分信号，协调系统的快速性和超调量之间的矛盾关系；ESO是自抗扰控制的核心，其对输出的实时运算，估算被控对象内、外部干扰和模型不精确而造成的扰动，作为非线性不确定性的对象扩张状态进行观测，并对扰动进行补偿，从而达到预期的目标；非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)利用非线性抑制扰动。

直流电压偏差控制的基本原理是当主换流站因故障退出运行后，系统直流电压发生变化达到备用换流站切换控制方式的定值时，备用换流站检测到直流电压偏差后自动由定有功功率控制转变为定直流电圧控制，从而维持直流输电系统的电压稳定。为了加快直流电压偏差控制的调节速度，减少电压波动，李梅航等人发表的学术论文“适用于多端柔性直流输电系统的快速电压裕度控制策略”(李梅航,刘喜梅,陈朋.适用于多端柔性直流输电系统的快速电压裕度控制策略[J].电网技术,2016,40(10):3045-3051.)中提出一种新型的直流电压偏差控制策略，将模式转换的切换环节从PI环节后移到PI环节前，实现控制模式快速切换。唐庚等人发表的学术论文“适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略”(唐庚,徐政,刘昇,等.适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略[J].电力系统自动化,2013,37(15):125-132.)结合直流电压偏差控制和直流电压斜率控制的优点，提出一种新型的直流电压控制策略，能加快系统的动态响应，具有较好的故障穿越特性。

传统的直流电压偏差控制策略和上述改进的直流电压偏差控制策略在控制中都采用的是PI控制，PI控制环节会造成直流电压偏差控制切换控制方式延迟，且其PI参数难以整定，没有很好地保证控制系统的鲁棒性、稳定性、快速性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，为解决多端柔性直流输电系统中传统的直流电压偏差控制方式切换速度慢，控制系统鲁棒性不强，且调节直流电压和功率不够快速的问题，提供了一种多端柔性直流输电系统直流电压偏差的自抗扰控制方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：