一種基于直流電流模糊預(yù)測控制的換相失敗預(yù)防方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于直流電流模糊預(yù)測控制的換相失敗預(yù)防方法，屬于電力系統(tǒng) 運(yùn)行與控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓直流輸電系統(tǒng)（hi曲-voltagedirectcurrent,HVDC)輸送容量大、損耗小、 壽命長、輸送距離不受限制，同時不存在交流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，因而在遠(yuǎn)距離大容量輸 電、非同步電網(wǎng)互聯(lián)、海底電纜送電等方面應(yīng)用廣泛。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電網(wǎng)的建設(shè)，我國 已成為世界上直流輸電線路最多、直流輸送容量最大的國家。由此形成的大規(guī)模交直流電 力系統(tǒng)，其運(yùn)行的復(fù)雜性和難度在國際上是罕見的。
[0003]HVDC系統(tǒng)最常見的故障之一就是換相失敗。換相失敗不利于HVDC系統(tǒng)的安全穩(wěn) 定運(yùn)行，會引起系統(tǒng)瞬時傳輸功率的中斷，直流電流的迅速增大也會縮短換流閥壽命。換相 失敗發(fā)生時，若采取的控制措施得當(dāng)，一個周波后可自行恢復(fù)，系統(tǒng)便可繼續(xù)運(yùn)行，否則將 引起連續(xù)的換相失敗，最終導(dǎo)致直流系統(tǒng)閉鎖。因此，研究換相失敗的發(fā)生機(jī)理及其抑制措 施，具有重要意義。
[0004] 直流電流預(yù)測控制方法為當(dāng)前較為先進(jìn)的一種預(yù)防換相失敗的方法，然而該方法 的直流電流預(yù)測整定值計算公式中參數(shù)k存在隨機(jī)取值的局限性，且由于該方法長時間降 低整流側(cè)直流電流，導(dǎo)致直流系統(tǒng)電流恢復(fù)緩慢，因此，該方法有待進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的；為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于直流電流模糊預(yù)測控制的換 相失敗預(yù)防方法，該方法通過模糊控制器控制直流電流預(yù)測整定值，并設(shè)置一個控制時長 T，只在CFPREV模塊檢測到交流系統(tǒng)故障發(fā)生后長度為T的時間內(nèi)降低整流側(cè)直流電流。最 后通過仿真測試，驗證了該方法相比直流電流預(yù)測控制方法提升HVDC系統(tǒng)抑制換相失敗 能力的有效性。
[0006] 技術(shù)方案；一種基于直流電流模糊預(yù)測控制的換相失敗預(yù)防方法，所述方法包括 W下步驟：
[0007] 步驟1;PSCAD中CFPREV模塊檢測交流系統(tǒng)是否發(fā)生故障，若檢測到發(fā)生故障，發(fā) 出Start信號使能直流電流模糊預(yù)測控制模塊；否則系統(tǒng)無動作。
[000引步驟2 ;被使能的直流電流模糊預(yù)測控制模塊測量當(dāng)前逆變側(cè)交流系統(tǒng)S相電壓 有效值E的變化AE及變化率dAE/化并通過PSCAD與MTLAB/Simulink間的接口將其送 入MTLAB/Simulink中的模糊控制器。
[0009] 步驟3 ;MTLAB/Simulink中的模糊控制器通過模糊化、模糊推理、解模糊化、疊加 控制時長等步驟運(yùn)算得出整流側(cè)直流電流減小值A(chǔ)Ic，并返還給PSCAD。
[0010] 步驟4 ;PSCAD中的VD化減去AIc后的值作為整流側(cè)直流電流整定值Ido_rec， 最終運(yùn)用于整流側(cè)直流電流控制，隨后重復(fù)步驟1。
[0011] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0012] 1.運(yùn)用模糊控制器代替現(xiàn)有直流電流預(yù)測控制方法的直流電流預(yù)測整定值計算 公式，克服了該計算公式的參數(shù)k存在一定隨機(jī)性的局限性。
[0013] 2.設(shè)置控制時長T，只在CFPREV模塊檢測到交流系統(tǒng)故障發(fā)生后長度為T的時間 內(nèi)降低整流側(cè)直流電流，克服了原直流電流預(yù)測控制方法長時間降低整流側(cè)直流電流，從 而引起直流系統(tǒng)電流恢復(fù)緩慢的局限性。
[0014] 3.相比直流電流預(yù)測控制方法，本發(fā)明的基于直流電流模糊預(yù)測控制的換相失敗 預(yù)防方法能有效提升HVDC系統(tǒng)抑制換相失敗能力。
【附圖說明】
[0015] 圖1 ;現(xiàn)有含直流電流預(yù)測控制方法的CIGRE HVDC模型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0016] 圖2 ;改進(jìn)后含本發(fā)明方法的CIGRE HVDC模型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0017] 圖3 ;直流電流模糊預(yù)測控制模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；
[001引圖4;本發(fā)明方法的流程圖；
[0019] 圖5 ;單相接地故障時本方法對換相失敗的改善；
[0020] 圖6 相故障時本方法對換相失敗的改善。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解該些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價 形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0022] 圖1為現(xiàn)有含直流電流預(yù)測控制方法的CIGRE HVDC模型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，圖2 為改進(jìn)后含本發(fā)明方法的CIGRE HVDC模型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖1虛線框中的直流電流 預(yù)測控制模塊及后續(xù)MIN選擇模塊有待改進(jìn)，本發(fā)明用直流電流模糊預(yù)測控制模塊替代原 先的直流電流預(yù)測控制模塊，用加減法運(yùn)算模塊代替原MIN選擇模塊，輸出Id。t。。信號。
[0023]圖3為直流電流模糊預(yù)測控制模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。模糊控制器的輸入變量為逆 變側(cè)交流系統(tǒng)S相電壓有效值E的變化AE及變化率dAEMt，模糊控制器的輸出變量為 整流側(cè)直流電流減小值A(chǔ)I。。Start為該系統(tǒng)的觸發(fā)信號，Start為正向脈沖時系統(tǒng)開始運(yùn) 行，隨即采集并運(yùn)算出當(dāng)前的AE及dAEMt，經(jīng)模糊化、模糊推理及解模糊化等過程輸出 直流電流減小值A(chǔ)I。由于AI無法自動歸零，隨著故障的減輕，長時間降低整流側(cè)直流電 流并不利于系統(tǒng)的快速恢復(fù)，而降低整流側(cè)直流電流的時間過短又將影響控制性能，因而， 本發(fā)明設(shè)置了控制時長T，只在Start觸發(fā)后長度為T的時間內(nèi)降低整流器直流電流。本文 通過對不同T下測試結(jié)果的分析，將控制時長T設(shè)為5ms，測試結(jié)果如表5所示。
[0024] 圖4為本發(fā)明方法的流程圖。具體步驟如下：
[0025] 步驟1 ;PSCAD中CFPREV模塊檢測交流系統(tǒng)是否發(fā)生故障，若檢測到發(fā)生故障，發(fā) 出Start信號使能直流電流模糊預(yù)測控制模塊；否則系統(tǒng)無動作。
[0026] 步驟2 ;被使能的直流電流模糊預(yù)測控制模塊測量當(dāng)前逆變側(cè)交流系統(tǒng)S相電壓 有效值E的變化AE及變化率d AE/化并通過PSCAD與MTLAB/Simul ink間的接口將其送 入MTLAB/Simulink中的模糊控制器。
[0027] 步驟3 ;MTLAB/Simulink中的模糊控制器通過模糊化、模糊推理、解模糊化、疊加 控制時長等步驟運(yùn)算得出整流側(cè)直流電流減小值A(chǔ)I。，并返還給PSCAD。
[002引步驟4 ;PSCAD中的VD化減去AI。后的值作為整流側(cè)直流電流整定值Id。U。，最終 運(yùn)用于整流側(cè)直流電流控制，隨后重復(fù)步驟1。
[0029] 表1為AE隸屬度函數(shù)列表，表2為dAEMt隸屬度函數(shù)列表，在隸屬度函數(shù)列 表中，最左側(cè)一列為輸入變量經(jīng)由離散化后的數(shù)值，最上方一行為模糊變量的若干狀態(tài)，該 些狀態(tài)分別為：負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大，對應(yīng)的縮寫分別為NB，醒，NS，Z，PS， PM，PB，表中其他0-1之間的數(shù)值為輸入變量某離散值隸屬于模糊變量某狀態(tài)的隸屬度權(quán) 重。模糊化是將輸入變量轉(zhuǎn)換成模糊變量的過程，本發(fā)明的模糊化過程是基于表1和表2 進(jìn)行的。
[0030]表1
【主權(quán)項】
1. 一種基于直流電流模糊預(yù)測控制的換相失敗預(yù)防方法，其特征在于所述方法是依次 按以下步驟實現(xiàn)的： 步驟1:PSCAD中CFPREV模塊檢測交流系統(tǒng)是否發(fā)生故障，若檢測到發(fā)生故障，發(fā)出Start信號使能直流電流模糊預(yù)測控制模塊；否則系統(tǒng)無動作； 步驟2 :被使能的直流電流模糊預(yù)測控制模塊測量當(dāng)前逆變側(cè)交流系統(tǒng)三相電壓有效 值E的變化AE及變化率dAE/dt，并通過PSCAD與MATLAB/Simulink間的接口將其送入 MATLAB/Simulink中的模糊控制器； 步驟3 :MATLAB/Simulink中的模糊控制器通過模糊化、模糊推理、解模糊化、疊加控制 時長等步驟運(yùn)算得出整流側(cè)直流電流減小值A(chǔ)I。，并返還給PSCAD。 步驟4 :PSCAD中的VDCL減去AI。后的值作為整流側(cè)直流電流整定值Id。M。，最終運(yùn)用 于整流側(cè)直流電流控制，隨后重復(fù)步驟1。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于直流電流模糊預(yù)測控制的換相失敗預(yù)防方法，其特征在 于：模糊化是將輸入變量轉(zhuǎn)換成模糊變量的過程，模糊化過程是基于隸屬度函數(shù)進(jìn)行；輸 入變量AE和dAE/dt模糊化成模糊變量DltE和DifTAE的過程如下：首先，把AE和 dAE/dt的值離散化，例如一個輸入變量值的變化范圍是-e到e，離散化后的數(shù)值范圍為-n 到n，則其量化因子為
那么輸入變量ei離散化后的數(shù)值由下面公式確定
再對照隸屬度函數(shù)列表找到離散值1^對應(yīng)的模糊變量，將輸入AE和dAE/dt轉(zhuǎn)化成 模糊變量DltE和DiffAE。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于直流電流模糊預(yù)測控制的換相失敗預(yù)防方法，其特征 在于：模糊變量DltE和DiffAE按照模糊推理規(guī)則，推理得到輸出模糊變量Dltl，使用 mamdani模糊推理方法來得到確定輸出模糊變量Dltl，推論公式如下：
其中，DltE和DiffAE是兩個輸入變量通過模糊化得到的模糊變量，T是轉(zhuǎn)置符號，〇 是合成算子，R是規(guī)則矩陣。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于直流電流模糊預(yù)測控制的換相失敗預(yù)防方法。針對直流電流預(yù)測控制方法中直流電流預(yù)測整定值計算公式參數(shù)k隨機(jī)取值的局限性和該方法長時間降低整流側(cè)直流電流，從而引起直流系統(tǒng)電流恢復(fù)緩慢的局限性，采用模糊控制器控制直流電流預(yù)測整定值，提出直流電流模糊預(yù)測控制方法，設(shè)置一個通過仿真結(jié)果選擇的控制時長T，只在CFPREV模塊檢測到交流系統(tǒng)故障發(fā)生后長度為T的時間內(nèi)降低整流側(cè)直流電流。通過建模與仿真，驗證了該方法相比現(xiàn)有直流電流預(yù)測控制方法提升HVDC系統(tǒng)抑制換相失敗能力的有效性。
【IPC分類】H02J3-36
【公開號】CN104810847
【申請?zhí)枴緾N201510095247
【發(fā)明人】孫國強(qiáng), 高楷, 衛(wèi)志農(nóng), 孫永輝, 楚云飛, 李逸馳
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月3日