一種提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的靜止無功補償器控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通過靜止無功補償器提高輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性控制領(lǐng)域，具體地說， 是一種提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的靜止無功補償器控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國已經(jīng)發(fā)展了超大規(guī)模電力系統(tǒng)，其中輸電系統(tǒng)發(fā)展的重要特征是大容 量、超高壓、遠(yuǎn)距離、多負(fù)荷，同時造成電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行條件的復(fù)雜性提高，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性 問題日益突出，這種形勢下，在輸電系統(tǒng)中裝設(shè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS)的傳統(tǒng)方法已不能 滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的要求。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展尤其是基于晶閘管技術(shù)的進步， 柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS)逐漸成為現(xiàn)代輸電系統(tǒng)中重要的組成部分，它在提高輸電系統(tǒng) 的傳輸容量、增強暫態(tài)穩(wěn)定性方面具有顯著的優(yōu)勢。
[0003] 靜止無功補償器（SVC)是一種并聯(lián)在輸電線路中的FACTS裝置，其主要構(gòu)成部件 是晶閘管控制電抗器（TCR)、晶閘管投切電抗器（TSR)、晶閘管控制變壓器（TCT)等，SVC具 有實時調(diào)節(jié)無功功率的能力，改善電壓質(zhì)量、提供電氣阻尼、提高電力系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)性能。
[0004] SVC在輸電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定控制中的作用不僅取決于其裝設(shè)位置和容量選擇，更 受到控制方法的影響。目前，SVC裝置使用的控制器多采用PID線性控制方法，設(shè)計控制器 時，被控對象是基于某一平衡工作點的線性化模型或近似線性化模型，控制目標(biāo)是保持裝 設(shè)點電壓恒定，并為系統(tǒng)的機電振蕩提供一定的阻尼。
[0005] 而裝設(shè)SVC的輸電系統(tǒng)中含有不確定參數(shù)，并經(jīng)常會遭受不確定擾動的影響，而 且系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型呈現(xiàn)非線性特性，因此，基于某一平衡點進行線性化，并假設(shè)參數(shù)和結(jié)構(gòu) 精確已知所設(shè)計的線性化控制器，在系統(tǒng)遭受大擾動而工作點發(fā)生大范圍波動以及參數(shù)發(fā) 生變化時，難以保證被控系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對當(dāng)前輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性控制技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種提高系 統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的靜止無功補償器控制裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的系統(tǒng)建模需要確切已 知的系統(tǒng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)，難以在參數(shù)未知和擾動情況下保證輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的問題。通 過自適應(yīng)辨識系統(tǒng)中的不確定參數(shù)并利用實時系統(tǒng)參數(shù)構(gòu)造非線性控制律，使SVC能夠自 適應(yīng)地調(diào)節(jié)其輸出的無功功率，提高輸電系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的靜止無功補償器控制裝置，包括：測量模塊、交流模擬 量輸入模塊、狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、狀態(tài)空間逆向轉(zhuǎn)換模塊、晶閘管觸發(fā)和控制模 塊、SVC裝置模塊，所述測量模塊將輸電系統(tǒng)中建立狀態(tài)空間模型所需的物理量采集進來， 輸送給交流模擬量輸入模塊；所述交流模擬量輸入模塊將采集的物理量進行數(shù)據(jù)分析和處 理，將建立狀態(tài)空間模型所需的物理量輸出到狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊；所述狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊 通過輸電系統(tǒng)中采集的物理量建立輸電系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，并將模型和參數(shù)輸出送入控 制模型；所述控制模塊經(jīng)過調(diào)用控制算法，得到控制律和參數(shù)自適應(yīng)律，并輸出送入狀態(tài)空 間逆向轉(zhuǎn)換模塊；所述狀態(tài)空間逆向轉(zhuǎn)換模塊將控制律和參數(shù)自適應(yīng)律轉(zhuǎn)換成物理量輸出 送入晶閘管觸發(fā)和控制模塊；所述晶閘管觸發(fā)和控制模塊根據(jù)控制律和參數(shù)自適應(yīng)律的物 理量計算得到晶閘管的觸發(fā)角信號并發(fā)送相應(yīng)相位的觸發(fā)脈沖到SVC裝置模塊；所述SVC 裝置模塊由觸發(fā)角信號觸發(fā)，實時調(diào)節(jié)輸電系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
[0009] 作為進一步優(yōu)選，所述測量模塊包括電壓傳感器、測頻器，用于采集線路電壓頻率 等模擬信號。
[0010] 作為進一步優(yōu)選，所述交流模擬量輸入模塊包括：濾波器，濾除附加在所采集模擬 信號上的干擾信號；變量計算器，計算建立系統(tǒng)狀態(tài)空間模型和控制算法所需使用的變量。
[0011] 作為進一步優(yōu)選，所述狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊為微處理器模塊，所述微處理器模塊完 成控制模塊算法所需變量的計算和模型狀態(tài)變量的提取。
[0012] 建立狀態(tài)空間模型的步驟是：
[0013] (1)取SVC接入點、發(fā)電機輸出端的電壓值Vs、Vt和電網(wǎng)頻率f，經(jīng)過計算可得SVC 輸出的無功功率Q、發(fā)電機轉(zhuǎn)子角速度《、發(fā)電機轉(zhuǎn)子角8、中間變量^、線路電抗Xp線路 電抗X1、線路電抗X2、SVC系統(tǒng)等效導(dǎo)納Bsys、發(fā)電機q軸暫態(tài)電動勢E/、發(fā)電機電磁功率 Pe。
[0014] (2)提取微處理器中存儲的物理量：發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣性H、發(fā)電機轉(zhuǎn)子角初始角 度Stl、發(fā)電機同步角速度Otl、發(fā)電機d軸穩(wěn)態(tài)電抗xd和暫態(tài)電抗x/、變壓器電抗Xt、TCR 串聯(lián)電抗器等效導(dǎo)納值4、SVC裝置中并聯(lián)電容器等效導(dǎo)納值B。、控制器放大系數(shù)K。、參數(shù) 估計初值知>)。
[0015] (3)微處理器進行以下變量計算=X1= 8 - 6。、X2= X3=BSys-Bsys0。
[0016] (4)微處理器構(gòu)造下面的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型：
【主權(quán)項】
1. 一種提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的靜止無功補償器控制裝置，其特征在于，包括：測量模 塊、交流模擬量輸入模塊、狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、狀態(tài)空間逆向轉(zhuǎn)換模塊、晶閘管觸 發(fā)和控制模塊、SVC裝置模塊，所述測量模塊將輸電系統(tǒng)中建立狀態(tài)空間模型所需的物理量 采集進來，輸送給交流模擬量輸入模塊；所述交流模擬量輸入模塊將采集的物理量進行數(shù) 據(jù)分析和處理，將建立狀態(tài)空間模型所需的物理量輸出到狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊；所述狀態(tài)空 間轉(zhuǎn)換模塊通過輸電系統(tǒng)中采集的物理量建立輸電系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，并將模型和參數(shù) 輸出送入控制模型；所述控制模塊經(jīng)過調(diào)用控制算法，得到控制律和參數(shù)自適應(yīng)律，并輸出 送入狀態(tài)空間逆向轉(zhuǎn)換模塊；所述狀態(tài)空間逆向轉(zhuǎn)換模塊將控制律和參數(shù)自適應(yīng)律轉(zhuǎn)換成 物理量輸出送入晶閘管觸發(fā)和控制模塊；所述晶閘管觸發(fā)和控制模塊根據(jù)控制律和參數(shù)自 適應(yīng)律的物理量計算得到晶閘管的觸發(fā)角信號并發(fā)送相應(yīng)相位的觸發(fā)脈沖到SVC裝置模 塊；所述SVC裝置模塊由觸發(fā)角信號觸發(fā)，實時調(diào)節(jié)輸電系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的靜止無功補償器控制裝置，其特征在 于，所述狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊為微處理器模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的靜止無功補償器控制裝置，其特征在 于，所述控制模塊為微處理器模塊，所述微處理器模塊包含非線性控制器和自適應(yīng)參數(shù)估 計器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的靜止無功補償器控制裝置，其特征在 于，所述SVC裝置模塊包括由晶閘管控制電抗器（TCR)、晶閘管投切電抗器（TSR)、晶閘管控 制變壓器（TCT)作為主要組成部件的SVC裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的靜止無功補償器控制裝置，其特征在 于，所述狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊完成控制模塊算法所需變量的計算和模型狀態(tài)變量的提取，建 立狀態(tài)空間模型的步驟是： (1) 取SVC接入點、發(fā)電機輸出端的電壓值Vs、Vt和電網(wǎng)頻率f，經(jīng)過計算可得SVC輸出 的無功功率Q、發(fā)電機轉(zhuǎn)子角速度ω、發(fā)電機轉(zhuǎn)子角δ、中間變量^、線路電抗線路電抗 X1、線路電抗X2、SVC系統(tǒng)等效導(dǎo)納Bsys、發(fā)電機q軸暫態(tài)電動勢E t/、發(fā)電機電磁功率Pe。 (2) 提取微處理器中存儲的物理量：發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣性H、發(fā)電機轉(zhuǎn)子角初始角度 S C1、發(fā)電機同步角速度Uci、發(fā)電機d軸穩(wěn)態(tài)電抗Xd和暫態(tài)電抗X/、變壓器電抗X T、TCR串 聯(lián)電抗器等效導(dǎo)納值4、SVC裝置中并聯(lián)電容器等效導(dǎo)納值B。、控制器放大系數(shù)K。、參數(shù)估 計初值細(xì))。 (3) 微處理器進行以下變量計算U1= δ-δ Q、x2= ω-ω Q、x3=Bsys-BsysQ。 (4) 微處理器構(gòu)造下面的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型：
其中，Ic1= ω ^zUk2= OtlEt/ Vs/H，k3=l/Tc，δ sin=sin (δ Jx1), Sras= cos (δ Jx1)， θ = -D/H〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的靜止無功補償器控制裝置，其特征在 于，所述微處理器模塊包含非線性控制器和自適應(yīng)參數(shù)估計器。完成所述非線性控制器的 控制律為：
控制模塊完成所述自適應(yīng)參數(shù)估計器的自適應(yīng)律為：
【專利摘要】一種提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的靜止無功補償器控制裝置，其特征在于，包括：測量模塊、交流模擬量輸入模塊、狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、狀態(tài)空間逆向轉(zhuǎn)換模塊、晶閘管觸發(fā)和控制模塊、SVC裝置模塊。
【IPC分類】H02J3-18
【公開號】CN104852389
【申請?zhí)枴緾N201510278575
【發(fā)明人】張蕾, 景軍鋒, 張愛民, 李鵬飛, 王曉華, 張宏偉
【申請人】西安工程大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月27日