[发明专利]基于泰勒展开的直流配用电系统状态反馈控制方法

说明书

本发明提供一种基于泰勒展开的直流配用电系统状态反馈控制方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：建立直流配用电系统等效降阶电路，计算等效滤波电容C_eq、等效滤波电感L_eq和恒功率负荷等效电流I_L；步骤2：建立计及状态反馈控制的直流配用电系统等效降阶电路的线性微分方程组，并计算状态反馈增益k₁和k₂；步骤3：计及状态反馈控制，实现直流配用电系统直流母线电压的稳定控制。

技术领域

本发明属于直流配用电系统稳定控制领域，特别涉及一种基于泰勒展开的直流配用电系统状态反馈控制方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，直流配用电系统在能源效率、配电容量、配电损耗、建设成本等方面比传统交流配用电系统具有明显的优势，所以直流配用电系统是未来的发展趋势。直流配用电系统中一般只存在恒功率负荷，其负电阻特性使整个直流配用电系统呈现弱阻尼特性；与此同时，大量电力电子装置完全取代传统变压器和发电机，使整个直流配用电系统呈现低惯性特性，造成直流配用电系统容易出现稳定问题。现有解决方案可分为以下三种：方案一，通过增加滤波电容等方法提高系统稳定性，但会增加工程造价；方案二，将相关稳定控制算法作用于恒功率负荷换流器，以减弱恒功率负荷换流器的负阻抗特性，但该方案会影响恒功率负荷的电气特性；方案三，将相关稳定控制算法作用于电压源换流器，造价低且不会影响恒功率负荷电气特性，因此具有很好的发展前景。考虑工程造价等因素，现有研究成果大多都是同时利用方案一和方案三来解决直流配用电系统稳定问题，但当换流器滤波参数按照电压电流纹波进行设计时，现有方案就很难解决直流配用电系统的稳定问题。

综上所述，在换流器滤波参数按照电流电压纹波标准进行设计的背景下，为了提高直流配用电系统稳定性，充分发挥直流配用电系统优势，需要一种能够控制直流配用电系统振荡频率及阻尼比的稳定控制算法。

发明内容

为了解决直流配用电系统存在的稳定问题，本发明提出一种基于泰勒展开的直流配用电系统状态反馈控制方法，该控制方法作用于各电压源换流器，实现直流配用电系统的振荡频率及阻尼比的定性定量控制。技术方案如下：

一种基于泰勒展开的直流配用电系统状态反馈控制算法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：建立直流配用电系统等效降阶电路，计算等效滤波电容C_eq、等效滤波电感L_eq和恒功率负荷等效电流I_L。

步骤2：建立计及状态反馈控制的直流配用电系统等效降阶电路的线性微分方程组，并计算状态反馈增益k₁和k₂

选取直流母线电压V、直流母线电压的微分项dV/dt作为状态反馈变量，分别乘以相应的状态反馈增益k₁和k₂后生成直流配用电系统的状态反馈控制信号，从而得到计及状态反馈控制的直流配用电系统等效降阶电路，列写出其2阶非线性微分方程组，并在直流配用电系统的某运行点处进行泰勒展开，得到计及状态反馈控制的直流配用电系统等效降阶电路的2阶线性微分方程组，如下式所示：

上式中，U_ink为第k台电压源换流器的输入直流母线电压，“△”表示为泰勒展开量，V₀为直流配用电系统在某运行点的直流母线电压；基于计及状态反馈控制的直流配用电系统等效降阶电路的2阶线性微分方程组，得到计及状态反馈控制的直流配用电系统等效降阶电路的2阶特征方程，然后根据直流配用电系统理想的无阻尼自然频率ω_fc和阻尼比ζ_fc计算出状态反馈增益k₁和k₂的值，状态反馈增益k₁和k₂按下式计算得到：