本發(fā)明涉及高壓直流輸電設(shè)備參數(shù)選型領(lǐng)域，特別涉及一種用于架空線(xiàn)的高壓大容量柔直系統(tǒng)pi控制器參數(shù)確定方法。

背景技術(shù)：

由于可行性與魯棒性較強(qiáng)，雙閉環(huán)矢量定向pi控制器已被利用在高壓直流輸電系統(tǒng)中以提升換流器的性能。換流器的內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)利用pi控制器通過(guò)前饋解耦控制使得外環(huán)控制產(chǎn)生的有功及無(wú)功電流追蹤參考值以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各變量的控制。因此，換流器中不同控制系統(tǒng)各自pi控制器參數(shù)的選擇對(duì)于換流器的快速響應(yīng)、動(dòng)態(tài)性能以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著決定性的作用。

目前，用于架空線(xiàn)的高壓大容量柔直系統(tǒng)pi控制器參數(shù)確定方法是通過(guò)實(shí)地測(cè)量與反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到，但仍存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題有待于進(jìn)一步解決，包括：

1)受到測(cè)量設(shè)備、操作人員熟練程度等方面的影響，測(cè)量與實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在不可信的情況，需要進(jìn)一步地研究影響試驗(yàn)結(jié)果的因素及其作用機(jī)理，篩選可信值加以利用。

2)受到建設(shè)成本以及建設(shè)周期等因素的影響，完全通過(guò)實(shí)地考察以及反復(fù)試驗(yàn)來(lái)得到準(zhǔn)確的pi控制器參數(shù)是不實(shí)際的。為節(jié)省時(shí)間與成本，必須理論地計(jì)算pi控制器參數(shù)的取值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于架空線(xiàn)的高壓大容量柔直系統(tǒng)pi控制器參數(shù)確定方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，獲得控制系統(tǒng)pi控制器參數(shù)可靠性高，使得換流器的快速響應(yīng)、動(dòng)態(tài)性能以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性等性能得到大幅提升，并且本發(fā)明方法具有適用性。

本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

用于架空線(xiàn)的高壓大容量柔直系統(tǒng)pi控制器參數(shù)確定方法，包括如下步驟：

步驟101：獲得控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)，采用傳統(tǒng)頻率響應(yīng)法來(lái)估算控制系統(tǒng)整套參數(shù)；

步驟102：執(zhí)行電磁暫態(tài)仿真，根據(jù)仿真結(jié)果列出目標(biāo)函數(shù)；

步驟103：通過(guò)單純形算法對(duì)系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行反復(fù)計(jì)算求解以實(shí)現(xiàn)pi參數(shù)的確定。

步驟101所述的控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)分別為內(nèi)環(huán)電流控制傳遞函數(shù)、外環(huán)直流電壓控制傳遞函數(shù)和外環(huán)功率控制傳遞函數(shù)，所述內(nèi)環(huán)電流控制傳遞函數(shù)是：

其中，kpwm為pwm的等效增益，ts為內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)采樣間隔；

所述外環(huán)直流電壓控制傳遞函數(shù)是：

其中，usq為交流電壓的q軸參考分量，udc為直流電壓；

所述外環(huán)功率控制傳遞函數(shù)是：

步驟101所述的傳統(tǒng)頻率響應(yīng)法可用下式表示：

步驟103所述的系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)按照如下公式計(jì)算：

其中，x為pi控制器參數(shù)，mi為第i個(gè)目標(biāo)函數(shù)的比重，ej(t)是第j個(gè)受控變量實(shí)際值與參考值之間的誤差，ωj為第j個(gè)ej(t)所占的比重。

本發(fā)明的有益效果在于：通過(guò)簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)模型獲得其傳遞函數(shù)，采用傳統(tǒng)頻率響應(yīng)法來(lái)估算pi控制系統(tǒng)參數(shù)；執(zhí)行電磁暫態(tài)仿真，求得多矢量目標(biāo)函數(shù)的值；通過(guò)單純形算法檢測(cè)目標(biāo)函數(shù)的收斂性，并根據(jù)其收斂性重復(fù)前述步驟直至目標(biāo)函數(shù)收斂，最終實(shí)現(xiàn)pi參數(shù)的確定?？梢赃_(dá)到如下有益技術(shù)效果：

(1)可以在計(jì)算機(jī)中快速得到pi控制系統(tǒng)參數(shù)，無(wú)需實(shí)地測(cè)量與實(shí)驗(yàn)，節(jié)省人力與物力。

(2)設(shè)備參數(shù)通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算獲得，計(jì)算結(jié)果真實(shí)可靠，不存在實(shí)地測(cè)量因儀器精度和人工誤差造成的參數(shù)不準(zhǔn)確。

(3)可以根據(jù)工程需要，轉(zhuǎn)換既定參數(shù)，根據(jù)線(xiàn)路運(yùn)行要求進(jìn)行pi控制系統(tǒng)參數(shù)的選擇。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明的換流器內(nèi)部控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(內(nèi)環(huán)電流控制傳遞函數(shù))；

圖3為本發(fā)明的換流器內(nèi)部控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(外環(huán)直流電壓控制傳遞函數(shù))；

圖4為本發(fā)明的換流器內(nèi)部控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(外環(huán)功率控制傳遞函數(shù))。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及其具體實(shí)施方式。

參見(jiàn)圖1至圖4所示，本發(fā)明的用于架空線(xiàn)的高壓大容量柔直系統(tǒng)pi控制器參數(shù)確定方法，獲得的控制系統(tǒng)pi控制器參數(shù)可信度高；在任何工況條件下均能夠使用本發(fā)明方法，包括如下步驟：

步驟101：獲得控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)，采用傳統(tǒng)頻率響應(yīng)法來(lái)估算控制系統(tǒng)整套參數(shù)；

步驟102：執(zhí)行電磁暫態(tài)仿真，根據(jù)仿真結(jié)果列出目標(biāo)函數(shù)；

步驟103：通過(guò)單純形算法對(duì)系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行反復(fù)計(jì)算求解以實(shí)現(xiàn)pi參數(shù)的確定。

步驟101所述的控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)分別為內(nèi)環(huán)電流控制傳遞函數(shù)、外環(huán)直流電壓控制傳遞函數(shù)和外環(huán)功率控制傳遞函數(shù)，所述內(nèi)環(huán)電流控制傳遞函數(shù)是：

其中，kpwm為pwm的等效增益，ts為內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)采樣間隔；

所述外環(huán)直流電壓控制傳遞函數(shù)是：

其中，usq為交流電壓的q軸參考分量，udc為直流電壓；

所述外環(huán)功率控制傳遞函數(shù)是：

步驟101所述的傳統(tǒng)頻率響應(yīng)法可用下式表示：

步驟103所述的系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)按照如下公式計(jì)算：

其中，x為pi控制器參數(shù)，mi為第i個(gè)目標(biāo)函數(shù)的比重，ej(t)是第j個(gè)受控變量實(shí)際值與參考值之間的誤差，ωj為第j個(gè)ej(t)所占的比重。

實(shí)施例：

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施方式和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

現(xiàn)有的用于架空線(xiàn)的高壓大容量柔直系統(tǒng)pi控制器參數(shù)確定方法主要采用實(shí)地測(cè)量與實(shí)驗(yàn)的方法，然而受到測(cè)量設(shè)備、操作人員熟練程度等方面的影響，測(cè)量與實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在不可信的情況，需要進(jìn)一步地研究影響試驗(yàn)結(jié)果的因素及其作用機(jī)理，篩選可信值加以利用。考慮到建設(shè)成本以及建設(shè)周期等因素，完全通過(guò)實(shí)地考察來(lái)得到pi控制器參數(shù)是不實(shí)際的。為節(jié)省時(shí)間與成本，必須理論地計(jì)算pi控制器參數(shù)。如果可以提出一種通過(guò)理論計(jì)算的方法，準(zhǔn)確地得到pi控制器參數(shù)，則能夠解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題?；诖?，本發(fā)明提出用于架空線(xiàn)的高壓大容量柔直系統(tǒng)pi控制器參數(shù)確定方法。

圖1是本發(fā)明用于架空線(xiàn)的高壓大容量柔直系統(tǒng)pi控制器參數(shù)確定方法流程圖；如圖1所示，本發(fā)明方法包括如下步驟：

步驟101：獲得控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)，采用傳統(tǒng)頻率響應(yīng)法來(lái)估算控制系統(tǒng)整套參數(shù)；

步驟102：執(zhí)行電磁暫態(tài)仿真，根據(jù)仿真結(jié)果列出目標(biāo)函數(shù)；

步驟103：通過(guò)單純形算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行反復(fù)計(jì)算求解以實(shí)現(xiàn)pi參數(shù)的確定。

具體實(shí)施時(shí)，步驟101可以采取如下方法進(jìn)行，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)并根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的到傳遞函數(shù)，采用傳統(tǒng)頻率響應(yīng)法來(lái)估算pi控制系統(tǒng)參數(shù)初始值ki，kp。傳遞函數(shù)如下：

內(nèi)環(huán)電流控制傳遞函數(shù)：

其中，kpwm為pwm的等效增益，ts為內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)采樣間隔。

外環(huán)直流電壓控制傳遞函數(shù)：

其中，usq為交流電壓的q軸參考分量，udc為直流電壓。

外環(huán)功率控制傳遞函數(shù)

具體實(shí)施時(shí)，步驟102中，將控制系統(tǒng)pi參數(shù)設(shè)置為步驟101所得的初始值，對(duì)系統(tǒng)實(shí)行仿真，考慮響應(yīng)速度、動(dòng)態(tài)性能以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并根據(jù)仿真結(jié)果計(jì)算得到系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)：

其中，x為pi控制器參數(shù)，mi為第i個(gè)目標(biāo)函數(shù)的比重，ej(t)是第j個(gè)受控變量實(shí)際值與參考值之間的誤差，ωj為第j個(gè)ej(t)的比重。

具體實(shí)施時(shí)，在步驟103中，為使pi參數(shù)盡可能可靠，必須得到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，通過(guò)單純形法對(duì)目標(biāo)函數(shù)反復(fù)計(jì)算求解即可得到pi控制器參數(shù)的最終取值。

綜上所述，本發(fā)明提出的用于架空線(xiàn)的高壓大容量柔直系統(tǒng)pi控制器參數(shù)確定方法，可以在計(jì)算機(jī)中快速得到pi控制系統(tǒng)參數(shù)，無(wú)需實(shí)地測(cè)量與實(shí)驗(yàn)，節(jié)省人力與物力；設(shè)備參數(shù)通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算獲得，計(jì)算結(jié)果真實(shí)可靠，不存在實(shí)地測(cè)量因儀器精度和人工誤差造成的參數(shù)不準(zhǔn)確；可以根據(jù)工程需要，轉(zhuǎn)換既定參數(shù)，根據(jù)線(xiàn)路運(yùn)行要求進(jìn)行pi控制系統(tǒng)參數(shù)的選擇。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明實(shí)施例的各模塊或各步驟可以用通用的計(jì)算裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)的計(jì)算裝置上，或者分布在多個(gè)計(jì)算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計(jì)算裝置可執(zhí)行的程序代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而可以將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中由計(jì)算裝置來(lái)執(zhí)行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個(gè)集成電路模塊，或者將它們中的多個(gè)模塊或步驟制作成單個(gè)集成電路模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，本發(fā)明實(shí)施例不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡對(duì)本發(fā)明所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。