直流输电系统抗通信时延的鲁棒降维观测器设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应对远距离直流输电系统抗通信时延的鲁棒降维观测器设计方法。针对远距离直流输电系统的逆变侧直流电压、直流电流信号从逆变侧传输到整流侧存在通信时延的问题，采用鲁棒降维观测器，直接由整流侧直流电压、直流电流运算获得逆变侧直流电压、直流电流。通过观测器的搭建与仿真，验证了该方法能够显著缩短整流侧获得逆变侧直流电压、直流电流的时间。

【技术实现步骤摘要】
直流输电系统抗通信时延的鲁棒降维观测器设计方法
本专利技术涉及一种应对远距离直流输电系统抗通信时延的鲁棒降维观测器设计方法，属于电力系统控制

技术介绍
直流输电系统输送容量大、损耗小、寿命长、输送距离不受限制，同时不存在交流输电系统的稳定问题，因而在远距离大容量输电方面应用广泛。远距离直流输电系统输送距离长(如三广工程976km，三沪工程1040km，三常工程860km)，逆变侧直流电压、直流电流信号从逆变侧向整流侧传输存在较长的时延(若直流线路长1000km，通过光纤传输，存在5.06ms时延：5*1000+60＝5060us＝5.06ms)，影响控制的实时性。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种应对远距离直流输电系统抗通信时延的鲁棒降维观测器设计方法，设计状态观测器，直接由整流侧直流电压、直流电流信号运算得出逆变侧直流电压、直流电流信号，用来应对通信时延。由控制理论可知，在整流侧设计状态观测器，可直接由整流侧信号运算得出逆变侧直流电压、直流电流信号，而不再需要将信号从逆变侧传输给整流侧，因而该方法可用于克服通信时延的影响。技术方案：一种应对远距离直流输电系统抗通信时延的鲁棒降维观测器设计方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：根据“直流输电系统等效电路图”建立离散化状态方程。离散化状态方程为：其中，x1＝Idr，x2＝[IdiVCL]T，k表示离散化状态方程中k时刻；参数Φ12∈R1×2,Φ21∈R2×1,Φ22∈R2×2,Γ2∈R2×1,θ2∈R2×1,Φ11、Γ1、θ1均为标量。通过计算获取上述方程中的参数，这些参数的具体计算公式为控制理论中的常识，本专利技术不做赘述。步骤2：分别设矩阵L∈R2×1、F∈R2×2、G∈R2×1，并由下式计算L、H、F、G；L＝θ2θ1-1H＝Γ2-LΓ1F＝Φ22-LΦ12G＝Φ21-LΦ11+FL步骤3：将算得的L、H、F、G带入下式，得x2，即Idi和VCL；z(k+1)＝Fz(k)+Gx1(k)+HVdr(k)x2(k+1)＝Lx1(k+1)+z(k+1)其中x1＝Idr、z为2行1列的向量变量；步骤4：根据下式算得Vdi、IdiVdi＝VCL-(jωL+R)Idi其中，L为“直流输电系统等效电路图”中的等效电抗，R为“直流输电系统等效电路图”中的等效电阻。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：1.运用状态观测器，直接由整流侧直流电压Vdr、直流电流信号Idr运算得出等效电路中间点电压VCL和逆变侧直流电流信号Idi，再经由简单的电路运算得到逆变侧直流电压信号Vdi和逆变侧直流电流信号Idi，克服了信号从逆变侧传输给整流侧存在较长传输时延的问题。2.设置向量变量z，克服了状态方程中Vdi在整流侧无法获知的局限性，实现了观测器的鲁棒性。3.本专利技术的状态方程为3维，状态观测器为2维，因而该观测器是降维观测器。附图说明图1：直流输电系统等效电路图；图2：本专利技术鲁棒降维观测器结构框图；图3：本专利技术方法的流程图；图4：本专利技术观测器输出信号VCL曲线；图5：本专利技术观测器输出信号Idi曲线。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。图1为直流输电系统等效电路图，图2为本专利技术鲁棒降维观测器结构框图。图3本专利技术方法的流程图。具体步骤如下：步骤1：根据图1“直流输电系统等效电路图”建立离散化状态方程。离散化状态方程为其中，x1＝Idr，x2＝[IdiVCL]T，参数Φ12∈R1×2,Φ21∈R2×1,Φ22∈R2×2,Γ2∈R2×1,θ2∈R2×1,Φ11、Γ1、θ1均为标量。通过计算获取上述方程中的参数，这些参数的具体计算公式为控制理论中的常识，本专利技术不做赘述。步骤2：分别设矩阵L∈R2×1、F∈R2×2、G∈R2×1，并由下式计算L、H、F、GL＝θ2θ1-1H＝Γ2-LΓ1F＝Φ22-LΦ12G＝Φ21-LΦ11+FL步骤3：将算得的L、H、F、G带入下式，得x2，即Idi和VCLz(k+1)＝Fz(k)+Gx1(k)+HVdr(k)x2(k+1)＝Lx1(k+1)+z(k+1)其中x1＝Idr、z为2行1列的向量变量步骤4：根据下式算得Vdi、IdiVdi＝VCL-(jωL+R)Idi其中，L为“直流输电系统等效电路图”中的等效电抗，R为“直流输电系统等效电路图”中的等效电阻。下面介绍本专利技术的一个实施例：以国际大电网会议直流输电标准系统(CIGREHVDCBenchmarkModel)为研究模型，进行电路等效，得到L＝0.5968H，R＝2.5Ω，C＝26μF。依据等效电路及其参数建立离散化状态方程，采样时间取0.0001s。得Φ12＝[0.4180.0037]，Φ11＝0.2398，Γ1＝0.0666，θ1＝-0.0703再由下式计算L、H、F、GL＝θ2θ1-1H＝Γ2-LΓ1F＝Φ22-LΦ12G＝Φ21-LΦ11+FL得根据算得的状态观测器各参数L、H、F、G及其状态方程，搭建观测器。如下述图2所示。给观测器输入Vdr、Idr的额定值Vdr＝500kV，Idr＝2kA，观察记录观测器输出信号VCl、Idi曲线。VCl曲线如图4所示，由图知，VCl在2ms后趋于稳定值；Idi曲线如图5所示，由图知，Idi在1.6ms后趋于稳定值。考虑到由VCl、Idi运算得出Vdi、Idi几乎不占用时间，可知该观测器在2ms内即可输出稳定的Vdi、Idi值，该时间明显小于原先Vdi、Idi信号从逆变侧传输给整流侧所需的时间(若直流线路长1000km，通过光纤传输，存在5.06ms时延：5*1000+60＝5060us＝5.06ms)。综合上述实施例结果可知，本专利技术一种应对远距离直流输电系统抗通信时延的鲁棒降维观测器设计方法明显降低了整流站获取逆变站直流电压Vdi、直流电流Idi信号所需的时间，提升了控制的实时性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流输电系统抗通信时延的鲁棒降维观测器设计方法，其特征在于所述方法是依次按以下步骤实现的：步骤1：根据“直流输电系统等效电路图”建立离散化状态方程；离散化状态方程为x1x2(k+1)=Φ11Φ12Φ21Φ22x1x2(k)Γ1Γ2Vdr(k)+θ1θ1Vdi(k)]]>其中，x1＝Idr，x2＝[Idi VCL]T，参数Φ12∈R1×2,Φ21∈R2×1,Φ22∈R2×2,Γ2∈R2×1,θ2∈R2×1,Φ11、Γ1、θ1均为标量。步骤2：分别设矩阵L∈R2×1、F∈R2×2、G∈R2×1，并由下式计算L、H、F、GL＝θ2θ1‑1H＝Γ2‑LΓ1F＝Φ22‑LΦ12G＝Φ21‑LΦ11+FL步骤3：将算得的L、H、F、G带入下式，得x2，即Idi和VCLz(k+1)＝Fz(k)+Gx1(k)+HVdr(k)x2(k+1)＝Lx1(k+1)+z(k+1)其中x1＝Idr、z为2行1列的向量变量步骤4：根据下式算得Vdi、IdiVdi＝VCL‑(jωL+R)Idi其中，L为“直流输电系统等效电路图”中的等效电抗，R为“直流输电系统等效电路图”中的等效电阻。...

【技术特征摘要】
1.一种直流输电系统抗通信时延的鲁棒降维观测器设计方法，其特征在于所述方法是依次按以下步骤实现的：步骤1：根据“直流输电系统等效电路图”建立离散化状态方程；离散化状态方程为其中，x1＝Idr，x2＝[IdiVCL]T，参数Φ12∈R1×2,Φ21∈R2×1,Φ22∈R2×2,Γ2∈R2×1,θ2∈R2×1,Φ11、Γ1、θ1均为标量；Idr表示整流侧直流电流，Vdr表示整流侧直流电压，Idi表示逆变侧直流电流，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国强，高楷，卫志农，孙永辉，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32