一种基于直流电流模糊预测控制的换相失败预防方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于直流电流模糊预测控制的换相失败预防方法，属于电力系统 运行与控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 高压直流输电系统（hi曲-voltagedirectcurrent,HVDC)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、非同步电网互联、海底电缆送电等方面应用广泛。随着经济的发展和电网的建设，我国 已成为世界上直流输电线路最多、直流输送容量最大的国家。由此形成的大规模交直流电 力系统，其运行的复杂性和难度在国际上是罕见的。
[0003]HVDC系统最常见的故障之一就是换相失败。换相失败不利于HVDC系统的安全稳 定运行，会引起系统瞬时传输功率的中断，直流电流的迅速增大也会缩短换流阀寿命。换相 失败发生时，若采取的控制措施得当，一个周波后可自行恢复，系统便可继续运行，否则将 引起连续的换相失败，最终导致直流系统闭锁。因此，研究换相失败的发生机理及其抑制措 施，具有重要意义。
[0004] 直流电流预测控制方法为当前较为先进的一种预防换相失败的方法，然而该方法 的直流电流预测整定值计算公式中参数k存在随机取值的局限性，且由于该方法长时间降 低整流侧直流电流，导致直流系统电流恢复缓慢，因此，该方法有待进一步改进。
【发明内容】
[0005] 发明目的；为了解决上述问题，本发明提供一种基于直流电流模糊预测控制的换 相失败预防方法，该方法通过模糊控制器控制直流电流预测整定值，并设置一个控制时长 T，只在CFPREV模块检测到交流系统故障发生后长度为T的时间内降低整流侧直流电流。最 后通过仿真测试，验证了该方法相比直流电流预测控制方法提升HVDC系统抑制换相失败 能力的有效性。
[0006] 技术方案；一种基于直流电流模糊预测控制的换相失败预防方法，所述方法包括 W下步骤：
[0007] 步骤1;PSCAD中CFPREV模块检测交流系统是否发生故障，若检测到发生故障，发 出Start信号使能直流电流模糊预测控制模块；否则系统无动作。
[000引步骤2 ;被使能的直流电流模糊预测控制模块测量当前逆变侧交流系统S相电压 有效值E的变化AE及变化率dAE/化并通过PSCAD与MTLAB/Simulink间的接口将其送 入MTLAB/Simulink中的模糊控制器。
[0009] 步骤3 ;MTLAB/Simulink中的模糊控制器通过模糊化、模糊推理、解模糊化、叠加 控制时长等步骤运算得出整流侧直流电流减小值AIc，并返还给PSCAD。
[0010] 步骤4 ;PSCAD中的VD化减去AIc后的值作为整流侧直流电流整定值Ido_rec， 最终运用于整流侧直流电流控制，随后重复步骤1。
[0011] 本发明的有益效果在于：
[0012] 1.运用模糊控制器代替现有直流电流预测控制方法的直流电流预测整定值计算 公式，克服了该计算公式的参数k存在一定随机性的局限性。
[0013] 2.设置控制时长T，只在CFPREV模块检测到交流系统故障发生后长度为T的时间 内降低整流侧直流电流，克服了原直流电流预测控制方法长时间降低整流侧直流电流，从 而引起直流系统电流恢复缓慢的局限性。
[0014] 3.相比直流电流预测控制方法，本发明的基于直流电流模糊预测控制的换相失败 预防方法能有效提升HVDC系统抑制换相失败能力。
【附图说明】
[0015] 图1 ;现有含直流电流预测控制方法的CIGRE HVDC模型控制系统结构框图；
[0016] 图2 ;改进后含本发明方法的CIGRE HVDC模型控制系统结构框图；
[0017] 图3 ;直流电流模糊预测控制模块内部结构框图；
[001引图4;本发明方法的流程图；
[0019] 图5 ;单相接地故障时本方法对换相失败的改善；
[0020] 图6 相故障时本方法对换相失败的改善。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解该些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价 形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0022] 图1为现有含直流电流预测控制方法的CIGRE HVDC模型控制系统结构框图，图2 为改进后含本发明方法的CIGRE HVDC模型控制系统结构框图。图1虚线框中的直流电流 预测控制模块及后续MIN选择模块有待改进，本发明用直流电流模糊预测控制模块替代原 先的直流电流预测控制模块，用加减法运算模块代替原MIN选择模块，输出Id。t。。信号。
[0023]图3为直流电流模糊预测控制模块的内部结构框图。模糊控制器的输入变量为逆 变侧交流系统S相电压有效值E的变化AE及变化率dAEMt，模糊控制器的输出变量为 整流侧直流电流减小值AI。。Start为该系统的触发信号，Start为正向脉冲时系统开始运 行，随即采集并运算出当前的AE及dAEMt，经模糊化、模糊推理及解模糊化等过程输出 直流电流减小值AI。由于AI无法自动归零，随着故障的减轻，长时间降低整流侧直流电 流并不利于系统的快速恢复，而降低整流侧直流电流的时间过短又将影响控制性能，因而， 本发明设置了控制时长T，只在Start触发后长度为T的时间内降低整流器直流电流。本文 通过对不同T下测试结果的分析，将控制时长T设为5ms，测试结果如表5所示。
[0024] 图4为本发明方法的流程图。具体步骤如下：
[0025] 步骤1 ;PSCAD中CFPREV模块检测交流系统是否发生故障，若检测到发生故障，发 出Start信号使能直流电流模糊预测控制模块；否则系统无动作。
[0026] 步骤2 ;被使能的直流电流模糊预测控制模块测量当前逆变侧交流系统S相电压 有效值E的变化AE及变化率d AE/化并通过PSCAD与MTLAB/Simul ink间的接口将其送 入MTLAB/Simulink中的模糊控制器。
[0027] 步骤3 ;MTLAB/Simulink中的模糊控制器通过模糊化、模糊推理、解模糊化、叠加 控制时长等步骤运算得出整流侧直流电流减小值AI。，并返还给PSCAD。
[002引步骤4 ;PSCAD中的VD化减去AI。后的值作为整流侧直流电流整定值Id。U。，最终 运用于整流侧直流电流控制，随后重复步骤1。
[0029] 表1为AE隶属度函数列表，表2为dAEMt隶属度函数列表，在隶属度函数列 表中，最左侧一列为输入变量经由离散化后的数值，最上方一行为模糊变量的若干状态，该 些状态分别为：负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，对应的缩写分别为NB，醒，NS，Z，PS， PM，PB，表中其他0-1之间的数值为输入变量某离散值隶属于模糊变量某状态的隶属度权 重。模糊化是将输入变量转换成模糊变量的过程，本发明的模糊化过程是基于表1和表2 进行的。
[0030]表1
【主权项】
1. 一种基于直流电流模糊预测控制的换相失败预防方法，其特征在于所述方法是依次 按以下步骤实现的： 步骤1:PSCAD中CFPREV模块检测交流系统是否发生故障，若检测到发生故障，发出Start信号使能直流电流模糊预测控制模块；否则系统无动作； 步骤2 :被使能的直流电流模糊预测控制模块测量当前逆变侧交流系统三相电压有效 值E的变化AE及变化率dAE/dt，并通过PSCAD与MATLAB/Simulink间的接口将其送入 MATLAB/Simulink中的模糊控制器； 步骤3 :MATLAB/Simulink中的模糊控制器通过模糊化、模糊推理、解模糊化、叠加控制 时长等步骤运算得出整流侧直流电流减小值AI。，并返还给PSCAD。 步骤4 :PSCAD中的VDCL减去AI。后的值作为整流侧直流电流整定值Id。M。，最终运用 于整流侧直流电流控制，随后重复步骤1。
2. 如权利要求1所述的基于直流电流模糊预测控制的换相失败预防方法，其特征在 于：模糊化是将输入变量转换成模糊变量的过程，模糊化过程是基于隶属度函数进行；输 入变量AE和dAE/dt模糊化成模糊变量DltE和DifTAE的过程如下：首先，把AE和 dAE/dt的值离散化，例如一个输入变量值的变化范围是-e到e，离散化后的数值范围为-n 到n，则其量化因子为
那么输入变量ei离散化后的数值由下面公式确定
再对照隶属度函数列表找到离散值1^对应的模糊变量，将输入AE和dAE/dt转化成 模糊变量DltE和DiffAE。
3. 如权利要求2所述的基于直流电流模糊预测控制的换相失败预防方法，其特征 在于：模糊变量DltE和DiffAE按照模糊推理规则，推理得到输出模糊变量Dltl，使用 mamdani模糊推理方法来得到确定输出模糊变量Dltl，推论公式如下：
其中，DltE和DiffAE是两个输入变量通过模糊化得到的模糊变量，T是转置符号，〇 是合成算子，R是规则矩阵。
【专利摘要】本发明公开了一种基于直流电流模糊预测控制的换相失败预防方法。针对直流电流预测控制方法中直流电流预测整定值计算公式参数k随机取值的局限性和该方法长时间降低整流侧直流电流，从而引起直流系统电流恢复缓慢的局限性，采用模糊控制器控制直流电流预测整定值，提出直流电流模糊预测控制方法，设置一个通过仿真结果选择的控制时长T，只在CFPREV模块检测到交流系统故障发生后长度为T的时间内降低整流侧直流电流。通过建模与仿真，验证了该方法相比现有直流电流预测控制方法提升HVDC系统抑制换相失败能力的有效性。
【IPC分类】H02J3-36
【公开号】CN104810847
【申请号】CN201510095247
【发明人】孙国强, 高楷, 卫志农, 孙永辉, 楚云飞, 李逸驰
【申请人】河海大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年3月3日