一種統一潮流控制器新型非線性魯棒控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種統一潮流控制器新型非線性魯棒控制系統，具體涉及一種柔性交 流輸電技術領域。
【背景技術】
[0002] 現代電力系統是一個典型的高維、強非線性的動態大系統，以大機組、超高壓、長 距離、重負荷、大電網的互聯和交直流聯合輸電為主要特點。隨著各種新的電力設備的使 用、可再生能源(如風電、光伏發電等）的大力開發和利用而形成越來越多的微電網并入主 網，在使發電、輸電更經濟、高效的同時也增加了電力系統的規模、復雜性和不確定性。在這 種情況下，電力系統的局部故障（如短路故障、接地故障、負荷驟降和電壓崩潰等)可能會對 全網產生較為嚴重的影響。柔性交流輸電系統（Flexible AC Transmission System， FACTS)已經成為了現代電力系統的重要組成部分，它能夠對電力網絡參數進行連續調節， 在不改變網絡結構的情況下，能有效改善潮流分布情況，提高功率輸送能力及暫態穩定性。 [0003] 迄今為止，統一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)被公認為功 能最強大、特性最優越的新一代FACTS裝置之一，綜合了 FACTS元件的多種靈活控制手段，它 包括了電壓調節、串聯補償和移相等所有能力，它可以通過對輸電線路的有功功率和無功 功率進行獨立控制來實現為輸電系統提供串聯和并聯的無功補償的功能，從而達到消除系 統振蕩和提高電力系統的暫態穩定性和振蕩阻尼、改善電力系統的潮流分布。
[0004] UPFC在輸電系統的安全、穩定運行的作用不僅取決于其裝設地點和容量選擇，更 受到所選擇的控制方法的影響。目前，UPFC裝置所使用的線性控制方法主要有PID控制方 法、直接線性化方法等。眾所周知，線性化方法的基本思想是通過消除所考慮系統的內部非 線性特性來得到一個反饋等效的線性系統，這種線性化很可能破壞了對系統動態性能有用 的系統原有的物理結構特性。近年來，UPFC的非線性控制方法獲得了廣泛研究，主要有反饋 線性化方法[1，2]直接Lyapunov有限時間控制方法[3]、滑膜變結構控制方法[4]、廣義哈密 頓函數方法[5]等，這些方法都不同程度地提高了電力系統的暫態穩定性和振蕩阻尼。
[0005] 而UPFC系統是一個非線性系統，在建模時就存在建模誤差，并且UPFC裝置在運行 的過程中經常受到外界不確定干擾的影響，因此，當系統受到外界較大干擾以及運行點發 生大范圍波動時，（反饋)線性化控制器難以提供滿意的控制效果。直接LyapunoV有限時間 控制方法和滑膜變結構控制方法是不連續控制方法，不能保留UPFC系統的非線性物理結構 特性，容易發生"抖振"現象。
【發明內容】
[0006] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種統一潮流控制器新型非線性魯棒控制系 統，該統一潮流控制器新型非線性魯棒控制系統通過測量模塊的信號輸出端依次通過信號 模擬變換模塊、比較模塊、狀態空間轉換模塊、中央控制模塊、狀態空間逆變換模塊、電壓源 換流器閘門觸發和控制模塊與UPFC模塊的信號輸入端連接，UPFC模塊的信號輸出端與輸電 系統相連組成UPFC的新型非線性魯棒控制系統。
[0007 ]本發明通過以下技術方案得以實現。
[0008] 本發明提供的一種統一潮流控制器新型非線性魯棒控制系統，包括測量模塊、信 號模擬變換模塊、比較模塊、狀態空間轉換模塊、中央控制模塊、狀態空間逆變換模塊、電壓 源換流器閘門觸發和控制模塊以及UPFC模塊，所述測量模塊的信號輸出端依次通過信號模 擬變換模塊、比較模塊、狀態空間轉換模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接，所述中央控 制模塊的信號輸出端依次通過狀態空間逆變換模塊、電壓源換流器閘門觸發和控制模塊與 UPFC模塊的信號輸入端連接，所述UPFC模塊輸出信號調節輸電系統的潮流分布。
[0009] 所述測量模塊從輸電系統中采集建立UPFC系統的狀態空間模型所需的物理量。
[0010] 所述信號模擬變換模塊將測量模塊輸出的物理量濾波后從abc坐標的變量變換到 dpO坐標的變量。
[0011] 所述比較模塊求出UPFC系統的局部平衡點及其與測量值的偏差信號。
[0012] 所述狀態空間轉換模塊將比較模塊輸出的偏差信號建立UPFC系統的狀態空間數 學模型，并將模型輸出信號傳輸到中央控制模塊。
[0013]所述中央控制模塊調用控制算法，得到非線性魯棒控制律，并輸送到狀態空間逆 變換模塊。
[0014] 所述狀態空間逆變換模塊將非線性魯棒控制律轉換成為相關物理量輸送到電壓 源換流器閘門觸發和控制模塊。
[0015] 所述電壓源換流器閘門觸發和控制模塊將非線性魯棒控制律計算出的觸發角信 號轉化成相應的觸發脈沖信號后和脈寬調制比信號發送到UPFC模塊。
[0016] -種統一潮流控制器新型非線性魯棒控制系統的控制方法，包括以下步驟：
[0017] ⑴所述測量模塊采集系統接入點處發送端母線電壓Vs Z 9s = Vsd+jVsq和接收端母 線電壓VrZ 0r = Vrd+jVrq，并聯變壓器電流I1 = Iddjiql，串聯變壓器電流I2= id2 + jiq2，直流 側電容器電壓Vd。，角系統的頻率ω，并聯電流的初始值4^ ;
[0018] (2)所述信號模擬變換模塊首先通過濾波器將包含在所采集模擬型號中的干擾信 號濾除掉，然后再利用Park變換器，將濾波后的物理量從abc坐標下的變量變換到dpO坐標 下的變量；
[0019] (3)所述比較模塊讀取微處理器中存儲的物理量：并聯變壓器的阻抗Rsl和感抗 Lsl，串聯變壓器的阻抗Rs2和感抗Ls2，直流環節的損耗Rd。和電容Cd。，角系統的基準頻率ω s， 系統串聯部分的期望有功功率<和期望無功功率f，直流環節電容器的期望電壓η.，發送 端交流母線期望參考電壓r:;
[0020] (4)所述比較模塊的微處理器計算系統的局部平衡點 . *
[0021]
[0022]
[0023] 其中k>0,其中< 由外部直接給定；
[0024] (5)所述比較模塊的微處理器計算偏差信號變量：X1 = k - 4，
[0025] (6)所述狀態空間轉換模塊的微處理器計算參數變量：
[0026] (7)所述狀態空間轉換模塊的微處理器構建在標么值條件下系統的狀態空間模 型：
[0028] 其中，[0029] Udi = kicos(ai+0S) ,uqi = kisin(ai+9s) ,ud2 = k2C〇s(a2+0s) ,uq2 = k2sin(a2+0s), [εχε2 ε3 ^4]7是系統外部干擾信號；[0030] (8)所述中央控制模塊是一個微處理器，包含非線性魯棒控制器，執行非線性魯棒 控制律：
[0027]
[0031]
[0032] 其中
[0033] 所述中央控制模塊的微處理器在UPFC系統發生擾動和穩定運行時進行有效計算；
[0034] (9)所述狀態空間逆變換模塊將非線性魯棒控制律轉換成換流器閘門觸發角和脈 寬調制比信號輸出發送到換流器閘門觸發和控制模塊：
[0035]
[0036]
[0037] (10)所述換流器閘門觸發和控制模塊將非線性魯棒控制律計算出的觸發角信號 a#Pa2轉換成相應相位的觸發脈沖信號和調制比信號kdPk2后一起發送到UPFC模塊，UPFC 模塊輸出信號調節輸電系統的潮流分布。
[0038]本發明的有益效果在于:基于哈密頓能量函數方法，能夠充分保留被控對象UPFC 的非線性物理結構特性，所設計的控制器是連續控制器，不會發生"抖振"現象，有效地提高 了電力系統的暫態穩定性和振蕩阻尼，對于基于電壓源換流器的一類FACTS設備，只需要對 現有中央控制模塊中的參數和變量及其維數進行合理修改，即可實現非線性魯棒控制，本 發明提供的非線性魯棒控制方法是一種連續控制方法，不需要利用邊界函數，不僅能夠充 分保持和利用被控制對象UPFC的非線性物理結構特性，而且能夠對UPFC實現實時控制。
【附圖說明】
[0039]圖1是本發明的原理框圖；
[0040] 圖2是圖1中UPFC的新型非線性魯棒控制系統圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面進一步描述本發明的技術方案，但要求保護的范圍并不局限于所述。
[0042]如圖1和圖2所示的一種統一潮流控制器新型非線性魯棒控制系統，包括測量模 塊、信號模擬變換模塊、比較模塊、狀態空間轉換模塊、中央控制模塊、狀態空間逆變換模 塊、電壓源換流器閘門觸發和控制模塊以及UPFC模塊，所述測量模塊的信號輸出端依次通 過信號模擬變換模塊、比較模塊、狀態空間轉換模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接，所 述中央控制模塊的信號輸出端依次通過狀態空間逆變換模塊、電壓源換流器閘門觸發和控 制模塊與UPFC模塊的信號輸入端連接，所述UPFC模塊輸出信號調節輸電系統的潮流分布。 [0043]所述測量模塊從輸電系統中采集建立UPFC系統的狀態空間模型所需的物理量。電 壓傳感器、鎖相環、測頻器，用于從UPFC裝置的接入點處提取UPFC發送端交流母線電壓V s Z 0s = Vsd+jVsq和接收端母線電壓VrZ 0r = Vrd+jVrq，并聯變壓器電流I1 = Iddjiql，串聯變壓器 電流I2 = id2+jiq2，直流側電容器電壓Vd。，角系統的頻率ω，并聯電流的初始值C，D
[0044] 所述信號模擬變換模塊將測量模塊輸出的物理量濾波后從abc坐標的變量變換到 dpO坐標的變量。
[0045] 所述比較模塊求出UPFC系統的局部平衡點及其與測量值的偏差信號。
[0046]所述狀態空間轉換模塊將比較模塊輸出的