基于自抗扰控制器的超高压直流输电系统故障诊断新方法的研究

论文摘要

超高压直流输电(HVDC)是近年来发展起来的一项新的输电技术，主要应用于远距离大容量输电、电力系统联网、海底电缆或大城市地下电缆送电。若系统发生故障，将使生产停顿以致发生混乱，所以超高压直流输电系统的智能故障诊断理论的研究是重要研究课题之一。针对目前国内外对HVDC系统故障诊断研究报道较少的现状，本文分析了HVDC系统故障的类型和特点，在故障仿真基础上，将consensus和自抗扰控制器(ADRC)理论用于该系统故障诊断中，提出了一种故障诊断新方法，并深入研究了故障诊断系统中的几个关键技术问题。论文首先深入研究了自抗扰控制器的控制思想，同传统PID控制思想相比，它主要是使用误差的非线性组合来构成控制策略，改善了PID控制中线性组合的缺点。在研究自抗扰控制器的基础上，将扩张状态观测器使用到了故障诊断中，其扩张的状态既可以用来检测系统中的故障，有可以用来估计故障。同时考虑到干扰的影响，将consensus滤波器使用到了故障诊断中，减少了噪声的干扰。另外，比较了不同数目传感器测量的情况下，consensus滤波器的滤波效果。在此基础上设计了一种新的故障诊断策略，使用扩张故障滤波器来检测和估计系统中的故障，并针对一类非线性随机系统进行了仿真验证。本文在分析了HVDC系统常见故障类型及特点后，将新的故障诊断方法用到了HVDC系统中。其中第一次根据HVDC系统的状态方程特点，将其进行适当的数学变换，使其形式适合本文所设计的扩张故障滤波器的形式，使得本文所设计的方法不但可以检测出HVDC系统中的故障，而且还可以估计出HVDC系统中的故障。本文所提出的方法不需要训练网络，只需要根据扩张状态观测器的思想设计出扩张故障滤波器即可，有很重要的实用性和实时性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 故障诊断技术的发展
• 1.3 故障诊断理论研究现状
• 1.4 故障诊断理论在电力系统中的应用研究
• 1.5 故障诊断理论在HVDC系统中的应用
• 1.6 故障诊断技术的发展趋势
• 1.6.1 多信息量融合多层次诊断集成
• 1.6.2 多种诊断方法的结合
• 1.6.3 远程协作诊断
• 1.6.4 诊断与控制相结合
• 1.7 本文主要工作
• 第二章 HVDC系统概述
• 2.1 HVDC系统的发展与现状
• 2.1.1 国外HVDC系统发展概况
• 2.1.2 国内HVDC系统发展概况
• 2.2 HVDC系统的特点及应用
• 2.2.1 HVDC系统的特点
• 2.2.2 HVDC系统的应用
• 2.3 HVDC系统的新发展
• 2.3.1 多端HVDC
• 2.3.2 LTT的应用
• 2.3.3 轻型HVDC系统
• 2.3.4 电容换向换流器（CCC）
• 第三章 ADRC理论的研究
• 3.1 概述
• 3.2 自抗扰控制器的结构及原理
• 3.3 ADRC的产生
• 3.3.1 经典PID控制器
• 3.3.2 跟踪微分器（TRACKING DIFFERENTIATOR，TD）的产生
• 3.3.3 安排过渡过程
• 3.3.4 扩张状态观测器（ESO）
• 3.3.5 非光滑（非线性）反馈作用
• 3.3.6 自抗扰控制器（ACTIVE DISTURBANCES REJECTION CONTROLLER，ADRC）
• 3.4 展望
• 第四章 基于ADRC的故障诊断新方法
• 4.1 基于CONSENSUS滤波器的故障信号提取研究
• 4.1.1 CONSENSUS方法
• 4.1.2 CONSENSUs滤波器
• 4.1.3 基于CONSENSUS滤波器的一类非线性随机系统故障信号提取
• 4.1.3.1 系统描述
• 4.1.3.2 故障诊断滤波器设计
• 4.1.3.3 稳定性研究
• 4.1.3.4 仿真研究
• 4.1.3.5 小结
• 4.2 基于ADRC的一种故障诊断新方法
• 4.2.1 系统描述
• 4.2.2 基于ADRC的故障诊断新方法
• 4.2.3 ESO的稳定性研究
• 4.2.3.1 ESO的收敛性
• 4.2.3.2 连续非光滑ESO的精度分析
• 4.2.4 结论
• 4.2.5 仿真研究
• 4.3 本章结论
• 第五章 基于ADRC的故障诊断新方法在HVDC中的应用
• 5.1 系统仿真模型
• 5.2 系统常见故障
• 5.2.1 换流器内部故障
• 5.2.2 外部故障
• 5.3 仿真用的模型
• 5.4 故障信号提取的研究
• 5.4.1 故障曲线
• 5.4.2 故障信号提取
• 5.5 故障诊断新方法在HVDC中的应用
• 5.5.1 系统模型
• 5.5.2 仿真研究
• 5.6 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文