一种VSC‑HVDC控制系统的PI参数整定方法

摘要

本发明公开了一种VSC‑HVDC控制系统的PI参数整定方法，本方法基于矢量电流控制策略，其采用的电流内环和电压、功率外环控制均通过PI调节器进行串联校正。因此采用合适的方法设计PI调节器的参数，对于控制系统的性能起着至关重要的作用。本方法考虑控制系统的稳态误差、上升时间、抗干扰性能三个指标，将电流内环、功率外环、直流电压外环分别设计为典型的I型环节，典型的一阶环节和典型的II型环节，思路清晰，易于实现，使得控制系统具有良好的稳态和动态性能。

主权项

一种VSC‑HVDC控制系统的PI参数整定方法，其特征在于，定义一个电流内环的开环传递函数模型：该模型为PI调节器传递函数，换流器传递函数以及受控对象传递函数三个传递函数的乘积；一个功率外环的开环传递函数模型：该模型为PI调节器，等效的电流内环的闭环传递函数，受控对象三个传递函数的乘积；以及一个直流电压外环的开环传递函数模型：该模型均为I调节器，等效的电流内环的闭环传递函数，受控对象的乘积；具体包括：一个将电流内环设计为典型的I型环节整定PI调节器的参数的步骤：定义PI调节器传递函数为：换流器传递函数为：受控对象传递函数为：此处K_p和T_i分别为内环PI调节器的比例系数和时间常数，T_a＝1/2f_switch，f_switch为换流器的开关频率，R为VSC功率损耗的等效电阻，τ＝L/R，L为联结变压器和换流电抗器的等效电感；并得到电流内环PI调节器的比例系数K_p和时间常数T_i分别为：T_i＝τ，ξ为阻尼比；一个将功率外环设计为典型的一阶环节整定PI调节器的参数的步骤：定义PI控制器传递函数为：等效的电流内环的闭环传递函数为：受控对象传递函数为：其中K_p和T_i分别为功率外环PI调节器的比例系数和时间常数，T_eq为将电流内环等效为一阶惯性环节时对应的等效时间常数，U_sd＝U_s，U_s为换流器的交流侧电压幅值；得到的PI调节器的比例系数K_p和时间常数T_i分别为：T_i＝4T_aξ²；ξ为阻尼比，t_r为内环电流上升时间；一个将直流电压外环设计为典型的II型环节整定PI调节器的参数的步骤：定义PI控制器传递函数为：等效的电流内环的闭环传递函数为：受控对象传递函数为：其中，K_p和T_i分别为直流电压外环PI调节器的比例系数和时间常数，T_eq为将电流内环等效为一阶惯性环节时对应的等效时间常数，m为换流器的调制度，C为直流侧并联电容大小；得到的PI调节器的比例系数K_p和时间常数T_i分别为：T_i＝4hT_aξ²；ξ为阻尼比；h为中频带宽。