自抗扰控制及其在直流输电系统控制中的应用

摘要

高压直流输电(HVDC)特别适合大功率、远距离的输电，在我国西电东送工程中起着重要的作用。换流站中整流器和逆变器具有良好的控制性能是HVDC系统安全稳定运行的保证，而HVDC系统是一个参数不确定的强非线性系统，对提高HVDC系统控制器对系统参数摄动和系统波动的鲁棒性进行研究，对提高HVDC系统安全稳定运行具有重要的实际意义。 自抗扰控制器(ADRC)对系统时变和不确定性干扰具有良好适应能力，但参数不易整定。本文将遗传算法应用到ADRC的参数整定中并将其应用到直流输电系统换流站的整流器和逆变器的自控制器中，以提高交直流输电系统控制系统的鲁棒性。首先在ADRC参数优化过程中，综合考虑控制器动态性能和被控对象输入受限建立了控制器控制效果目标评价函数，并将惩罚函数引入遗传算法中的适应度函数，有效地考虑了控制量受限问题。其次在ADRC参数优化迭代过程中综合采用自适应交叉和变异以及混沌移民技术，以便提高ADRC参数优化速度，克服常规遗传算法容易陷入局部最优的缺点。并将基于遗传算法自抗扰控制器的设计方法应用到直流输电系统的整流器和逆变器控制器的设计中，设计了整流器的定电流自抗扰控制器和逆变器的定电压自抗扰控制器。最后用Matlab/Simulink对所提出的基于遗传算法自抗扰控制器的设计方法和所设计的整流器的定电流自抗扰控制器和逆变器的定电压自抗扰控制器进行数字仿真验证。仿真结果表明了本文所提出的自抗扰控制器参数整定方法的有效性和实用性，所设计的整流器定电流自抗扰控制器和逆变器定电压自抗扰控制器具有良好的控制性能，对系统的外扰和模型参数的摄动具有良好的适应性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号表

声明

第1章前言

1.1课题的来源与意义

1.2交直流输电系统控制的发展概述

1.2.1直流输电系统概述

1.2.2直流输电的控制策略

1.3现代控制技术发展

1.4本文的主要工作

第2章基于遗传算法的自抗扰控制器参数优化设计

2.1自抗扰控制理论概述

2.1.1自抗扰控制器的结构与算法

2.1.2自抗扰控制器的参数整定方法

2.2基于改进遗传算法的自抗扰控制器参数优化设计

2.2.1遗传算法概述

2.2.2考虑控制约束的自抗扰控制器参数优化设计目标函数的建立

2.2.3改进遗传算法自抗扰控制器参数整定过程

2.3仿真算例

2.3.1一阶受控对象仿真

2.3.2二阶受控对象仿真

第3章直流输电系统整流器的自抗扰控制器的设计

3.1直流输电整流器的稳态数学模型

3.1.1整流器的工作原理

3.1.2直流线路动态方程

3.1.3阀组控制的传递函数

3.2整流器定电流自抗扰控制器的设计

3.2.1直流输电的控制特性

3.2.2定电流自抗扰控制器的设计

3.3.3自抗扰控制器参数的遗传算法整定

3.3仿真算例

第4章直流输电系统逆变器的自抗扰控制器的设计

4.1直流输电逆变器工作原理和数学模型

4.2逆变器定电压自抗扰控制器设计

4.2.1逆变器定电压自抗扰控制器

4.2.2自抗扰控制器的参数整定

4.3仿真算例

第5章结论

参考文献

附录

致谢

个人简历、在学期间的研究成果