申请/专利权人：东南大学

申请日：2023-09-08

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN117240049B

主分类号：H02M1/00

分类号：H02M1/00;H02M1/32;H02J3/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2024.01.02#实质审查的生效;2023.12.15#公开

摘要：本发明公开一种变流器的快速电压响应及暂态穿越控制方法及系统，首先基于坐标变换和复变量构造建立交流侧滤波器的增广状态空间模型，再结合开环通路状态反馈及输出电压闭环控制建立变流系统的闭环传递函数模型；其次基于快速响应的期望性能设计目标闭环传递函数，与系统闭环传递函数比较反推开环通路状态反馈所配置的极点及控制器参数，进一步计算状态反馈矩阵；然后根据过流保护和线性调制的需求，基于一拍电流预测和等比例限幅对变流器的调制信号进行调整；最后通过积分抗饱和控制修正当前拍控制器输入误差。本发明能显著提高变流器的动态响应速度以及短路故障下的暂态穿越能力，对推动高可靠新型电力系统的建设具有重要意义。

主权项：1.一种变流器的快速电压响应及暂态穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于坐标变换和复变量构造，建立交流侧滤波器的增广状态空间模型；具体包括以下子步骤：步骤101、基于基尔霍夫定律建立变流器交流侧滤波器在三相静止坐标系下的微分方程组；步骤102、通过Park变换将三相静止坐标系下的微分方程组转换到dq坐标系下，构造以d轴分量为实部、q轴分量为虚部的复变量，建立交流侧滤波器的复数状态空间模型；步骤103、将复数状态空间模型离散化，考虑数字控制器一拍滞后建立交流侧滤波器的增广状态空间模型；S2、通过开环通路状态反馈及输出复电压闭环控制建立系统闭环传递函数；具体包括以下子步骤：步骤201、通过状态反馈配置增广状态空间模型极点；步骤202、采用比例积分控制器对变流器输出复电压进行闭环控制，建立系统闭环传递函数；比例积分控制器的传递函数GPIz为： 其中，Kc为比例积分控制器的复常系数，Zc为比例积分控制器的零点，z为离散算子；所述系统闭环传递函数Gcz为： 其中，NPz和DPz分别为状态反馈后增广状态模型传递函数表达式的分子多项式和特征多项式，DPz包含z-Zc的因子，即DPz＝Drz·z-Zc；S3、基于快速响应的期望性能设计目标闭环传递函数，与系统闭环传递函数比较反推开环通路状态反馈所配置极点的位置以及控制器参数；所述目标闭环传递函数的表达式Gobjz为： 其中，Kobj为复常增益，其取值满足使Gobjz具有单位直流增益，即Kobj＝1-PznNP1，Pz为离散极点，其由连续域下负实轴上的极点离散化获得，n为系统闭环传递函数阶数；比例积分控制器的复常系数Kc＝Kobj，零点Zc＝Pz，开环通路状态反馈所配置极点位置的获取方法为：首先根据Drz＝[z-Pzn-Kc·NPz]z-1计算Drz，其次根据DPz＝Drz·z-Zc计算DPz，最后计算DPz的根，即为状态反馈所配置的极点；S4、根据开环通路状态反馈所配置极点的位置计算状态反馈矩阵；S5、根据过流保护和线性调制的需求，基于一拍电流预测和等比例限幅对变流器的调制信号进行调整；其中过流保护和线性调制需求为：滤波电感复电流的幅值不得超过滤波电感所能承受的最大电流限幅，调制信号必须小于直流母线电压的倍，以保证处于线性调制区；具体包括以下子步骤：步骤501、建立滤波电感复电流的差分方程，根据当前拍状态量预测下一拍滤波电感复电流值，并计算滤波电感复电流预测值模值；滤波电感复电流差分方程的表达式为： 其中，Lf为滤波电感，Rf为滤波电感内阻，ifdq为滤波电感复电流，uLdq为输出复电压，u'mdq为控制器输出，亦即未经限幅的调制信号，Tsampling为采样频率，w为系统角频率，j为单位虚部；下一拍滤波电感复电流预测值ifpk+1的表达式为：ifpk+1＝Tsampling·[u'mdqk-Rf·ifdqk-uLdqk-jωLf·ifdqk]Lf+ifdqk；步骤502、若预测值模值小于滤波电感复电流最大限幅，则保持调制信号不变，反之，则将预测值等比例缩小至模等于最大限幅，并根据滤波电感复电流差分方程修正调制信号，使下一拍滤波电感复电流等于该预测值；调制信号的输出规则为： 其中，uimdqk为限流输出调制信号，ifdqmax为滤波电感复电流的最大限幅；步骤503、计算限流后调制信号模值，若调制信号模值小于线性调制限值，则保持调制信号不变，反之，则将调制信号等比例缩小至模等于线性调制限值；调制信号的输出规则为： 其中，umdqk为限压输出调制信号，umdqmax为线性调制区内调制信号的最大限幅；S6、通过积分抗饱和控制修正当前拍控制器输入误差，获得修正输入误差，具体包括以下子步骤：步骤601、建立控制器输出关于控制器输入误差、控制器输出和状态量的差分方程，获得控制器差分方程；所述控制器包含比例积分控制器和状态反馈控制器，控制器的差分方程表达式为：u'mdqk＝Kcεk-KcZcεk-1+u'mdqk-1+Kx[xk-xk-1]其中，ε为控制器输入误差，x为状态向量，Kx为状态反馈矩阵；步骤602中，所述限幅差分方程的表达式为： 其中，为修正输入误差；步骤602、类比控制器差分方程建立限压输出调制信号关于修正输入误差、控制器输入误差、控制器输出和状态量的差分方程，获得限幅差分方程；步骤603、根据控制器差分方程和限幅差分方程计算当前拍控制器输入误差修正量，将其叠加于当前拍控制器输入误差获得当前拍修正输入误差；当前拍控制器输入误差修正量Δεk的获取方法为：将限幅差分方程与控制器差分方程相减并整理，得到 当前拍修正输入误差等于当前拍控制器输入误差εk与当前拍控制器输入误差修正量Δεk相加，其表达式为：

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百度查询： 东南大学 一种变流器的快速电压响应及暂态穿越控制方法及系统

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