基于自抗扰控制原理的MMC-HVDC控制策略

刘 炜，王朝亮，赵成勇，郭春义，黄晓明，陆 翌，裘 鹏

（1.华北电力大学 新能源电力系统国家重点实验室，北京 102206；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，浙江 杭州 310014）

0 引言

由德国慕尼黑联邦国防军大学提出的模块化多电平换流器MMC（Modular Multilevel Converter）拓扑结构[1]，因为具有模块化程度高、开关损耗低、输出波形谐波含量少、适用于高电压大功率场合等优点[2]，得到了国内外学术界的广泛关注[3-8]。 文献[9-11]对 MMC 的拓扑结构、子模块 SM（Sub-Module）电容电压均衡控制、环流抑制、调制策略及控制策略等进行了研究。传统的MMC-HVDC控制策略都是基于连续时间状态空间下的MMC-HVDC数学模型，而实际的控制器通常采用计算机控制，其本质为采样控制。因此文献[12]建立了MMC离散化数学模型，并在此基础上设计了MMC电流内环离散控制器。但是MMC-HVDC系统是一非线性强耦合系统，所建立的离散化数学模型并不能精确描述系统的状态特性，加之采用环节的延时作用，系统的抗扰性能并不理想。自抗扰控制ADRC（Auto Disturbance Rejection Control）理论[13]吸收了现代控制理论的成果，发扬并丰富了PID思想的精髓，利用扩张状态观测器（ESO）对系统内外扰动进行估计补偿，具有较强的抗扰性能。文献[14]将ADRC技术应用于三相电压型PWM整流器，获得了很好的控制效果。

本文基于ADRC理论，对传统ADRC控制器的非线性函数提出了改进，在此基础上设计了MMCHVDC外环控制器，以改善采用电流内环离散控制器后带来的抗扰性能下降的问题；针对MMC存在的环流问题设计了基于ADRC技术的直接环流抑制器CCSC（Circulating Current Suppressing Controller）；在电网电压不平衡条件下，设计了基于ADRC控制器的负序电流抑制器。……