多端混合直流输电系统PI控制器参数优化研究

作     者：蔡东晓 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李海锋;李平

授予年度：2019年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：多端混合直流输电系统 小干扰模型 PI控制器参数 参数优化策略 

摘      要：多端混合直流输电系统可以综合利用传统直流输送容量大、造价低以及柔性直流控制灵活、可提供无功支撑等优点,是未来多端直流输电的一个重要发展方向。比例-积分(PI)控制器结构简单、控制效果好,在直流输电系统中得到了广泛应用。然而,多端混合直流输电系统PI控制器数量多,参数配置复杂。工程上通常采用试凑法对参数进行选取,会耗费大量的时间和精力。为此,本文围绕多端混合直流输电系统的PI控制器参数优化开展研究工作,主要内容包括:(1)以LCC-MMC-MMC混合直流输电系统为研究对象,在MATLAB/Simulink中搭建了相应的仿真模型,为后文的研究奠定了基础,并对直流系统的启停特性,以及交流侧故障时不同控制策略下直流系统的故障响应特性进行了仿真分析。(2)提出了一种基于小干扰模型的多端混合直流输电系统PI控制器参数影响规律分析方法。首先建立了LCC、MMC和直流线路侧的状态空间模型,通过联立各个子系统的状态空间方程并进行线性化得到多端混合直流输电系统的小干扰动态模型。接着进一步推导得到控制指令值扰动输入与状态变量响应输出的传递函数矩阵,从频域分析的角度求取了LCC定电流控制、MMC外环控制以及MMC环流抑制控制等控制环节的PI参数稳定域,并结合时域分析研究了稳定域范围内不同PI控制器参数对多端混合直流输电系统稳定性和动态响应特性的影响规律。最后,通过仿真验证了分析结果的正确性。该方法具有较高的精确度,可为单组控制参数的优化和调试提供理论指导。(3)在所建立的小干扰模型基础上,提出了一种基于特征根的多端混合直流输电系统PI控制器参数优化策略。以增大系统的阻尼比和使负实数特征根远离虚轴作为目标,结合粒子群优化算法对系统的所有PI控制器参数进行了优化,在保证小扰动稳定的情况下改善了多端混合直流输电系统的动态响应特性。最后,结合仿真对比了本文所提的优化策略和以ITAE准则(误差积分函数)作为目标函数的优化策略的优劣性。本文围绕多端混合直流输电系统的PI控制器参数优化进行了相关研究,研究成果为实际工程的PI控制器参数设计提供参考。