轻型高压直流输电系统的动态建模与非线性解耦控制

第31卷 第6期 2007年3月 电 网 技 术 Power System Technology Vol. 31 No. 6 Mar. 2007

文章编号：1000-3673（2007）06-0045-06 中图分类号：TM731 文献标识码：A 学科代码：470·4054

轻型高压直流输电系统的动态建模及

非线性解耦控制

严干贵1，陈 涛1，穆 钢1，刘文华2，李军徽1，黄亚峰1

（1．东北电力大学 电气工程学院，吉林省 吉林市 132012； 2．清华大学 电机工程与应用电子技术系，北京市 海淀区 100084）

Dynamic Modeling and Nonlinear-Decouple Control of HVDC Light System

YAN Gan-gui1，CHEN Tao1，MU Gang1，LIU Wen-hua2，LI Jun-hui1，HUANG Ya-feng1

（1．School of Electrical Engineering，Northeast Dianli University，Jilin 132012，Jilin Province，China； 2．Department of Electrical Engineering，Tsinghua University，Haidian District，Beijing 100084，China）

ABSTRACT: HVDC light is a new generation of HVDC power transmission based on PWM controlled voltage source converter (VSC) and possesses following advantages: flexible power control, capability of transmitting power to active and passive network as well as lower harmonics amount, etc. The authors establish a dynamic model of HVDC light system under synchronous rotating coordinate system, design a nonlinear decouple controller and realize individual control for active and reactive power transmission. By means of electromagnetic simulation software PSCAD/EMTDC, the principle of power control is analyzed, and the effectiveness of the established model and designed controller are validated in different standpoints.

KEY WORDS: voltage source converter (VSC)；HVDC light； linearization via feedback；nonlinear decouple control；power transmission and distribution

摘要：轻型高压直流输电是基于脉宽调制电压源型换流器的新一代直流输电，具有功率控制灵活、可向有源和无源网络输电、产生的谐波含量小等优点。建立了基于同步旋转坐标系下的轻型高压直流输电系统的动态模型，采用反馈线性化方法设计了非线性解耦控制器，实现输送有功、无功功率的独立控制。应用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对轻型直流输电系统的功率调节控制原理进行了仿真分析，对模型和控制器的有效性进行了多角度验证。

关键词：电压源型换流器(VSC)；轻型高压直流输电；反馈线性化；非线性解耦控制；输配电工程

制和电压源型换流器(voltage source converter，VSC)

的新一代直流输电技术，是现代大功率电力电子技术在电力系统中应用的进一步延伸与发展[1]。与传统基于相位控制换流器(phase control converter，PCC)的高压直流输电相比，HVDC light具有控制灵活、不存在换相失败、产生的谐波含量小、对受端电源系统无容量要求、可参与系统无功功率调节、可向

[2-6]

无源负载供电等诸多优点，该项输电技术将高压直流输电的经济容量延伸到数兆瓦至数百兆瓦，适用于偏远地区供电、城市电网增容改造等领域，具有良好的应用前景。国外已有7个HVDC light系统投入运行，线路最高输电容量已达330 MW[7-8]，我国尚未有HVDC light系统工程，理论研究尚处于起始阶段，如文献[9-14]对HVDC light系统的建模及控制方法进行了有益的探讨。

本文基于同步旋转坐标系(dq0)建立了HVDC light系统的动态数学模型，采用非线性反馈线性化方法[15-18]，设计了电流控制内环使用比例调节器、电压及功率控制外环使用比例积分(proportional integral，PI)调节器构成的非线性解耦控制器，并应用电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC(power system computer aided design/electromagnetic transients program including direct current)建立了HVDC light仿真模型，通过仿真对所建立的系统模型的正确性及控制器的有效性进行了验证。

0 引言

轻型高压直流输电(HVDC light)是基于脉宽调

1 HVDC light系统建模

HVDC light系统由2个采用脉宽调制电压源型