一種基于神經網絡滑模控制的upfc控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及的是統一潮流控制器(UPFC)換流器的控制方法，屬于電力電子控制技 術領域，具體設及的是一種基于神經網絡滑模控制的UPFC控制方法。
【背景技術】
[0002] 統一潮流控制器(Unified F*ower Flow Controller,簡稱UPFC)的概念，最先是由 L. Gyug^等人于1992年提出，國外對UPFC研究較早，1998年世界上第一臺裝置，在美國地區 的138kV的高壓輸電線路上成功運行，足W說明UPFC的硬件實現是完全可行的，目前工程運 行良好。而我國起步較晚，1995年W后才開始研究。
[0003] 統一潮流控制器(UPFC)作為一種串、并聯混合型FACTS元件能夠對受控輸電線上 的潮流分配和節點電壓靈活進行控制，其基本組成模塊靜止同步補償器(STATC0M)和靜止 同步串聯補償器(SSSC) W及中間的直流電容。統一潮流控制器化PFC)既能在電力系統穩定 方面實現潮流調節，合理控制有功功率、無功功率的流動，提高線路的輸送能力，實現優化 運行，又能在動態方面，通過快速無功吞吐，動態地支撐接入點的電壓，提高系統電壓穩定 性，若適當控制，還可W改善系統阻尼，提高功角穩定性。
[0004] UPFC控制方法多種多樣，主要控制方法包括:傳統的PI控制、神經網絡和模糊自適 應控制、非線性控制、交叉解禪控制、協調控制等方法。如果缺乏對UPFC系統的有效控制措 施，在交流系統發生故障或者擾動時有可能引起換流器的換相失敗。若換相失敗時間過長 可能引起換流器閉鎖，大量的功率將無法通過換流器進行傳輸，極有可能引起兩側交流系 統的失穩。而如果控制措施得當，在交流系統發生故障后，通過既定的控制策略自動調節 UPFC系統傳輸的有功和無功功率，減少換相失敗的時間甚至防止發生換相失敗，就可W充 分利用UPFC系統調節的快速性，對交流系統進行緊急功率支援，或在故障后幫助交流系統 快速恢復，減弱交流系統振蕩，保證兩側電網安全穩定的運行。所W研究統一潮流控制器換 流器的穩定控制方法，為統一潮流控制控制系統的工程應用提供技術支持和有利參考，具 有巨大的經濟價值和應用前景。
[0005] 目前已經采用的UPFC換流器控制方法主要是基于經典PI控制理論，對系統數學建 模的要求很高，不易得到滿意的控制效果，而且魯棒性不強。
【發明內容】
[0006] 根據國內尚未有基于徑向基函數(RBF)神經網絡滑模變結構控制的實際工程的情 況，并結合基于指數趨近律的滑模控本發明目的是提供一種基于神經網絡滑模控制的UPFC 控制方法，在系統運行點發生改變時和控制系統結構變化時進行仿真驗證，結果表明該方 法能夠快速有效地控制受控輸電線路的有功、無功功率，跟蹤性能良好，提高系統在受到擾 動后的穩定性，從而保證電網安全穩定運行。
[0007] 為實現上述目的，本發明的技術方案如下：
[000引一種基于神經網絡滑模控制的UPFC控制方法，其步驟如下：
[0009] (1)利用矢量控制的方法和坐標變換的方法對已建立的系統數學模型進行解禪， 從而得到便于滑模變結構控制的系統狀態方程；
[0010] (2)采用基于指數趨近律的滑模變結構控制器，根據系統誤差構造滑模切換函數， 選擇合適的滑模控制器參數；
[0011] (3)將切換函數作為RB巧巾經網絡的輸入，滑模控制器作為RB巧巾經網絡的輸出，構 造基于高斯函數的RB巧巾經網絡；
[0012] (4)設計神經網絡的誤差，選擇神經網絡的學習指標，采用隨機梯度法加上動量修 正項的方法，得到各個參數的修正公式；
[0013] (5)根據目標變量的物理含義選擇合適的量測量計算并輸出目標期望控制信號， 并通過空間矢量控制(SVPWM)得到串聯側和并聯側換流器的觸發信號。
[0014] 本發明將基于指數趨近律的滑模變結構控制方法(基本結構為變結構控制系統） 用于并聯側換流器、串聯側換流器控制中，構造基于高斯函數的徑向基函數(RBF)神經網絡 對滑模控制器的輸入進行學習，根據滑模切換時狀態空間的誤差采用隨機梯度法加上動量 修正項的方法自適應調整學習參數，在并聯側和串聯側換流器中采用該控制方法，同時具 有有功、無功獨立解禪和動態特性優良的優點，具有很好的適應性和魯棒性，用W提高統一 潮流控制器的并網穩定性，同時結構簡單、易于實現。
【附圖說明】
[0015] 圖1本發明的并聯側等值電路；
[0016] 圖2本發明的串聯側等值電路；
[0017]圖3本發明的；層前向RB巧申經網絡；
[0018]圖4本發明的基于RB巧巾經網絡和指數趨近律的滑模控制器結構；
[0019]圖5本發明的并聯偵啦制原理框圖；
[0020]圖6本發明的串聯側控制原理框圖；
[0021 ]圖7本發明的兩機雙線含UPFC輸電系統拓撲結構；
[0022] 圖8本發明的系統運行點發生改變時直流電壓響應情況；
[0023] 圖9本發明的系統運行點發生改變時RBF網絡權值自適應參數變化情況；
[0024] 圖10本發明的控制結構改變時直流電壓響應情況；
[0025] 圖11本發明的控制結構改變時RBF網絡權值自適應參數變化情況。
[0026] 具體實施
[0027] 為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合
【具體實施方式】，進一步闡述本發明。
[00%]本發明的原理具體敘述如下：
[0029] (1)W滑模變結構控制為基礎的干擾觀測器需要在解禪的系統狀態空間中進行控 審IJ，利用坐標變換分別建立兩相旋轉坐標系下并聯側和串聯側系統狀態方程：
[0030]
[0031]
[00創其中：iEd、i時、iBq、iBd是狀態變量，山(1、山。、112(1、112。是控制器輸入。
[0033] Le和化表示UPFC并聯變壓器W及所連接電抗的等效電感和電阻，iEd和iEq分別為 UPFC并聯側輸出電流坐標分量，Usd和usq分別為電網送端母線電壓，山d和uiq為UPFC并聯變流 器的輸出電壓。
[0034] Lb和化分別表示UPFC串聯變壓器所連接電抗的等效電感和電阻，iBd和iBq分別表示 線路及UPFC串聯偵嘛過的電流坐標分量，化d和U2q為UPFC串聯變流器的輸出電壓，加 d和加 q分 別為串聯換流器的交流側輸出電壓，ω表示角頻率。
[0035] 并聯側和串聯側等值電路圖如圖1和圖2所示。
[0036] (2W并聯側為例，式（1)中狀態空間是二階的，為了簡化控制將wLEiEq+Usd和-ω LEiEd+Usq分別作為輸入的前饋補償，則iEd和iEq是解禪的，式(1)并聯側可W轉化為兩個一階 狀態方程，設XI = iEd，X2 = iEq，山=(ω LEiEq+Usd-山d ) /Le，U2 = ( - ω LEiEd+Usq-山q ) /Le，卯J ( 1 )可 W轉化成一階系統狀態空間方程：
[0037]
[003引同并聯側的分析，可W建立串聯側系統狀態空間方程：
[0039]
[0040] 其中；X3=iBd，X4=iBq，U3 = ( wLBiBq+加 d+U2d)/LB，U4= (-?LBiBd+加 q+U2q)/LB。
[0041] 式(3)和式(4)的通用形式狀態空間為
[0042] x = Ax + u (η)
[0043] 其中：xER為狀態變量，Α<0為系統參數。設X的位置指令為r，狀態誤差為e = r-x
[0044] 構造滑模控制器的切換函數
[0045]
[0046] 其中：C，e，k均為控制器參數并且滿足C，e，k>0,采用合適的參數達到快速收斂的 目的。
[0047] (3)構造立層前向神經網絡，如圖3所示，在R邸網絡結構中，乂=山，叫一扯^為網 絡的輸入向量。設RBF網絡的徑向基向量H=化山，···hmf，其中hj為高斯基函數，
[004引
[0049] 其中:m為隱含層神經元個數，網絡第j個節點的中屯、向量Cj=[Cjl，Cj2，一Cjm]T
[0050] 設網絡的基寬向量為
[0051] B=[bi，b2，...bm]T (8)
[0052] 其中：b功節點j的基寬參數，bj>〇DRBF網絡的權向量為
[0053] f=[wi,w2,...Wm]T (9)
[0054] R邸網絡的輸出為
[0化5] ym = W 出 1+W 出 2+...+Wmhm