自抗扰控制在VSC-HVDC系统控制器设计中的应用

"本文主要探讨了基于自抗扰控制（ADRC）技术的VSC-HVDC系统控制器设计，旨在实现电压源型换流器高压直流输电系统的有功功率和无功功率独立解耦控制。VSC-HVDC系统因其灵活性和可控性在电力行业受到广泛关注。文章介绍了VSC-HVDC的工作原理，建立了同步旋转坐标系下的暂态数学模型，并详细阐述了如何运用ADRC理论设计控制器，包括送端和受端的外环电压、功率控制器以及内环电流参考值的生成。通过使用Fal函数和一阶自抗扰控制器，实现了对系统动态响应的快速控制，确保在各种扰动情况下，如交直流系统电压变化、有功功率和无功功率阶跃，都能保持良好的控制性能。利用MATLAB/Simulink仿真验证了设计的控制器的有效性。" 在VSC-HVDC系统中，电压源型换流器（VSC）作为核心元件，能够实现直流电压的灵活调节和交流系统的解耦控制。VSC通过改变其输出电压波形来控制直流电压和交流侧的功率流动。为了分析和控制VSC-HVDC系统，通常会在同步旋转坐标系下建立数学模型，以便更好地处理交流电网中的暂态现象。 ADRC技术是一种独立于对象模型的控制策略，它结合了PID控制的稳定性和变结构控制的鲁棒性，能有效应对模型不确定性及外部扰动。在VSC-HVDC系统中，ADRC控制器的设计分为内外两个控制环。送端系统外环采用最优控制函数（Fal函数）来调整电压，内环则采用一阶自抗扰控制器跟踪参考电流，以确保快速的电流响应。受端系统的控制策略类似，但外环和内环角色互换，外环使用一阶自抗扰控制器，内环使用Fal函数。 Fal函数是一种优化控制工具，能有效处理非线性问题，帮助系统在有功功率和无功功率之间实现解耦。自抗扰控制器则通过扩张状态观测器（ESO）实时估计系统状态和扰动，从而增强系统的抗干扰能力。 在MATLAB/Simulink环境下进行的数字仿真显示，设计的ADRC控制器能够有效地应对各种工况，包括交流电压波动、有功和无功功率的阶跃变化，确保系统动态响应迅速且稳定。这表明ADRC技术在VSC-HVDC系统的控制中具有显著优势，可以提高系统的控制精度和鲁棒性，减少对精确数学模型的依赖。 ADRC技术在VSC-HVDC系统中的应用不仅简化了控制器设计，还提高了系统的整体性能。这一研究对高压直流输电系统的控制策略提供了新的思路，有助于推动VSC-HVDC技术在电力自动化设备中的进一步发展和应用。