一种统一潮流控制器新型非线性鲁棒控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种统一潮流控制器新型非线性鲁棒控制系统，具体涉及一种柔性交 流输电技术领域。
【背景技术】
[0002] 现代电力系统是一个典型的高维、强非线性的动态大系统，以大机组、超高压、长 距离、重负荷、大电网的互联和交直流联合输电为主要特点。随着各种新的电力设备的使 用、可再生能源(如风电、光伏发电等）的大力开发和利用而形成越来越多的微电网并入主 网，在使发电、输电更经济、高效的同时也增加了电力系统的规模、复杂性和不确定性。在这 种情况下，电力系统的局部故障（如短路故障、接地故障、负荷骤降和电压崩溃等)可能会对 全网产生较为严重的影响。柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission System， FACTS)已经成为了现代电力系统的重要组成部分，它能够对电力网络参数进行连续调节， 在不改变网络结构的情况下，能有效改善潮流分布情况，提高功率输送能力及暂态稳定性。 [0003] 迄今为止，统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)被公认为功 能最强大、特性最优越的新一代FACTS装置之一，综合了 FACTS元件的多种灵活控制手段，它 包括了电压调节、串联补偿和移相等所有能力，它可以通过对输电线路的有功功率和无功 功率进行独立控制来实现为输电系统提供串联和并联的无功补偿的功能，从而达到消除系 统振荡和提高电力系统的暂态稳定性和振荡阻尼、改善电力系统的潮流分布。
[0004] UPFC在输电系统的安全、稳定运行的作用不仅取决于其装设地点和容量选择，更 受到所选择的控制方法的影响。目前，UPFC装置所使用的线性控制方法主要有PID控制方 法、直接线性化方法等。众所周知，线性化方法的基本思想是通过消除所考虑系统的内部非 线性特性来得到一个反馈等效的线性系统，这种线性化很可能破坏了对系统动态性能有用 的系统原有的物理结构特性。近年来，UPFC的非线性控制方法获得了广泛研究，主要有反馈 线性化方法[1，2]直接Lyapunov有限时间控制方法[3]、滑膜变结构控制方法[4]、广义哈密 顿函数方法[5]等，这些方法都不同程度地提高了电力系统的暂态稳定性和振荡阻尼。
[0005] 而UPFC系统是一个非线性系统，在建模时就存在建模误差，并且UPFC装置在运行 的过程中经常受到外界不确定干扰的影响，因此，当系统受到外界较大干扰以及运行点发 生大范围波动时，（反馈)线性化控制器难以提供满意的控制效果。直接LyapunoV有限时间 控制方法和滑膜变结构控制方法是不连续控制方法，不能保留UPFC系统的非线性物理结构 特性，容易发生"抖振"现象。
【发明内容】
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种统一潮流控制器新型非线性鲁棒控制系 统，该统一潮流控制器新型非线性鲁棒控制系统通过测量模块的信号输出端依次通过信号 模拟变换模块、比较模块、状态空间转换模块、中央控制模块、状态空间逆变换模块、电压源 换流器闸门触发和控制模块与UPFC模块的信号输入端连接，UPFC模块的信号输出端与输电 系统相连组成UPFC的新型非线性鲁棒控制系统。
[0007 ]本发明通过以下技术方案得以实现。
[0008] 本发明提供的一种统一潮流控制器新型非线性鲁棒控制系统，包括测量模块、信 号模拟变换模块、比较模块、状态空间转换模块、中央控制模块、状态空间逆变换模块、电压 源换流器闸门触发和控制模块以及UPFC模块，所述测量模块的信号输出端依次通过信号模 拟变换模块、比较模块、状态空间转换模块与中央控制模块的信号输入端连接，所述中央控 制模块的信号输出端依次通过状态空间逆变换模块、电压源换流器闸门触发和控制模块与 UPFC模块的信号输入端连接，所述UPFC模块输出信号调节输电系统的潮流分布。
[0009] 所述测量模块从输电系统中采集建立UPFC系统的状态空间模型所需的物理量。
[0010] 所述信号模拟变换模块将测量模块输出的物理量滤波后从abc坐标的变量变换到 dpO坐标的变量。
[0011] 所述比较模块求出UPFC系统的局部平衡点及其与测量值的偏差信号。
[0012] 所述状态空间转换模块将比较模块输出的偏差信号建立UPFC系统的状态空间数 学模型，并将模型输出信号传输到中央控制模块。
[0013]所述中央控制模块调用控制算法，得到非线性鲁棒控制律，并输送到状态空间逆 变换模块。
[0014] 所述状态空间逆变换模块将非线性鲁棒控制律转换成为相关物理量输送到电压 源换流器闸门触发和控制模块。
[0015] 所述电压源换流器闸门触发和控制模块将非线性鲁棒控制律计算出的触发角信 号转化成相应的触发脉冲信号后和脉宽调制比信号发送到UPFC模块。
[0016] -种统一潮流控制器新型非线性鲁棒控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0017] ⑴所述测量模块采集系统接入点处发送端母线电压Vs Z 9s = Vsd+jVsq和接收端母 线电压VrZ 0r = Vrd+jVrq，并联变压器电流I1 = Iddjiql，串联变压器电流I2= id2 + jiq2，直流 侧电容器电压Vd。，角系统的频率ω，并联电流的初始值4^ ;
[0018] (2)所述信号模拟变换模块首先通过滤波器将包含在所采集模拟型号中的干扰信 号滤除掉，然后再利用Park变换器，将滤波后的物理量从abc坐标下的变量变换到dpO坐标 下的变量；
[0019] (3)所述比较模块读取微处理器中存储的物理量：并联变压器的阻抗Rsl和感抗 Lsl，串联变压器的阻抗Rs2和感抗Ls2，直流环节的损耗Rd。和电容Cd。，角系统的基准频率ω s， 系统串联部分的期望有功功率<和期望无功功率f，直流环节电容器的期望电压η.，发送 端交流母线期望参考电压r:;
[0020] (4)所述比较模块的微处理器计算系统的局部平衡点 . *
[0021]
[0022]
[0023] 其中k>0,其中< 由外部直接给定；
[0024] (5)所述比较模块的微处理器计算偏差信号变量：X1 = k - 4，
[0025] (6)所述状态空间转换模块的微处理器计算参数变量：
[0026] (7)所述状态空间转换模块的微处理器构建在标么值条件下系统的状态空间模 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是系统外部干扰信号；[0030] (8)所述中央控制模块是一个微处理器，包含非线性鲁棒控制器，执行非线性鲁棒 控制律：
[0027]
[0031]
[0032] 其中
[0033] 所述中央控制模块的微处理器在UPFC系统发生扰动和稳定运行时进行有效计算；
[0034] (9)所述状态空间逆变换模块将非线性鲁棒控制律转换成换流器闸门触发角和脉 宽调制比信号输出发送到换流器闸门触发和控制模块：
[0035]
[0036]
[0037] (10)所述换流器闸门触发和控制模块将非线性鲁棒控制律计算出的触发角信号 a#Pa2转换成相应相位的触发脉冲信号和调制比信号kdPk2后一起发送到UPFC模块，UPFC 模块输出信号调节输电系统的潮流分布。
[0038]本发明的有益效果在于:基于哈密顿能量函数方法，能够充分保留被控对象UPFC 的非线性物理结构特性，所设计的控制器是连续控制器，不会发生"抖振"现象，有效地提高 了电力系统的暂态稳定性和振荡阻尼，对于基于电压源换流器的一类FACTS设备，只需要对 现有中央控制模块中的参数和变量及其维数进行合理修改，即可实现非线性鲁棒控制，本 发明提供的非线性鲁棒控制方法是一种连续控制方法，不需要利用边界函数，不仅能够充 分保持和利用被控制对象UPFC的非线性物理结构特性，而且能够对UPFC实现实时控制。
【附图说明】
[0039]图1是本发明的原理框图；
[0040] 图2是图1中UPFC的新型非线性鲁棒控制系统图。
【具体实施方式】
[0041] 下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
[0042]如图1和图2所示的一种统一潮流控制器新型非线性鲁棒控制系统，包括测量模 块、信号模拟变换模块、比较模块、状态空间转换模块、中央控制模块、状态空间逆变换模 块、电压源换流器闸门触发和控制模块以及UPFC模块，所述测量模块的信号输出端依次通 过信号模拟变换模块、比较模块、状态空间转换模块与中央控制模块的信号输入端连接，所 述中央控制模块的信号输出端依次通过状态空间逆变换模块、电压源换流器闸门触发和控 制模块与UPFC模块的信号输入端连接，所述UPFC模块输出信号调节输电系统的潮流分布。 [0043]所述测量模块从输电系统中采集建立UPFC系统的状态空间模型所需的物理量。电 压传感器、锁相环、测频器，用于从UPFC装置的接入点处提取UPFC发送端交流母线电压V s Z 0s = Vsd+jVsq和接收端母线电压VrZ 0r = Vrd+jVrq，并联变压器电流I1 = Iddjiql，串联变压器 电流I2 = id2+jiq2，直流侧电容器电压Vd。，角系统的频率ω，并联电流的初始值C，D
[0044] 所述信号模拟变换模块将测量模块输出的物理量滤波后从abc坐标的变量变换到 dpO坐标的变量。
[0045] 所述比较模块求出UPFC系统的局部平衡点及其与测量值的偏差信号。
[0046]所述状态空间转换模块将比较模块输出的