一種sssc新型非線性魯棒控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及柔性交流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種SSSC新型非線性魯棒控制系統(tǒng) 及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個典型的高維、強(qiáng)非線性的動態(tài)大系統(tǒng)，W大機(jī)組、超高壓、長 距離、重負(fù)荷、大電網(wǎng)的互聯(lián)和交直流聯(lián)合輸電為主要特點(diǎn)。隨著各種新的電力設(shè)備的使 用、可再生能源(如風(fēng)電、光伏發(fā)電等）的大力開發(fā)和利用而形成越來越多的微電網(wǎng)并入主 網(wǎng)，在使發(fā)電、輸電更經(jīng)濟(jì)、高效的同時也增加了電力系統(tǒng)的規(guī)模、復(fù)雜性和不確定性。在運(yùn) 種情況下，電力系統(tǒng)的局部故障（如短路故障、接地故障、負(fù)荷驟降和電壓崩潰等)可能會對 全網(wǎng)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。柔性交流輸電系統(tǒng)（Flexible AC Transmission System, FACTS)已經(jīng)成為了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分，它能夠?qū)﹄娏W(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)， 在不改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(tài)穩(wěn)定性。
[0003] 靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（static series synchronous compensator,SSSC)與輸電 系統(tǒng)串聯(lián)，是應(yīng)用可關(guān)斷晶閩管(GTO)構(gòu)成的同步電壓源的控制器，基本原理是向線路注入 一個與其電流相位相差幾乎90°的可控電壓，W快速控制線路的有效阻抗，從而可控制系統(tǒng) 中傳輸?shù)挠泄β?，從而?shí)現(xiàn)阻尼功率振蕩、抑制次同步振蕩、提高暫態(tài)穩(wěn)定性等控制目 標(biāo)。其主要特點(diǎn)為:①不需要交流電容器或電抗器，即可在輸電線路中產(chǎn)生或吸收無功功 率;②可在容性和感性范圍內(nèi)，產(chǎn)生與線路電流大小無關(guān)的、連續(xù)可控的同步補(bǔ)償電壓，對 輸電線路的潮流進(jìn)行控制；③對由于其他原因引起的次同步諧振（subsynchrounous resonance，SSR)及其他振蕩現(xiàn)象具有固有的抗干擾能力;④在換流器直流側(cè)接入儲能元件 后，可對輸電線路進(jìn)行有功功率的補(bǔ)償，從而補(bǔ)償電阻性壓降;⑤SSSC能比可控串聯(lián)補(bǔ)償裝 置(TCSC)更快速或瞬時地響應(yīng)控制命令，可有效抑制SSR等；⑥在輸電系統(tǒng)功角較小時， SSSC比TCSC改變系統(tǒng)的功角特性能力更強(qiáng)，具有更強(qiáng)的調(diào)節(jié)輸電線路潮流的能力；⑦SSSC 的單位容量造價要比TCSC高。
[0004] SSSC的控制目標(biāo)是在維持換流器直流母線電壓穩(wěn)定的同時，向輸電線路注入一個 與線路電流相差近似為90°的可控電壓，使其呈現(xiàn)電感、電容特性，快速控制線路的等效阻 抗，從而調(diào)節(jié)線路輸送的有功和無功功率等，最終實(shí)現(xiàn)阻尼功率振蕩、提高暫態(tài)穩(wěn)定性等控 制目標(biāo)。
[0005] SSSC在輸電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行的作用不僅取決于其裝設(shè)地點(diǎn)和容量選擇，更 受到所選擇的控制方法的影響。目前，SSSC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、線性自適應(yīng)控制方法、線性魯棒控制方法、反饋線性化方法等。眾所周 知，（反饋)線性化方法的基本思想是通過消除所考慮系統(tǒng)的內(nèi)部非線性特性來得到一個反 饋等效的線性系統(tǒng)，運(yùn)種線性化很可能破壞了對系統(tǒng)動態(tài)性能有用的系統(tǒng)原有的物理結(jié)構(gòu) 特性。近年來，SSSC的非線性控制方法獲得了廣泛研究，主要有基于混合神經(jīng)模糊勒讓德的 自適應(yīng)控制、直接Lyapunov有限時間控制方法、廣義哈密頓函數(shù)方法等，運(yùn)些方法都不同程 度地提高了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和功率振蕩阻尼。而SSSC系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)，在建 模時就存在建模誤差，并且SSSC裝置在運(yùn)行的過程中經(jīng)常受到外界不確定干擾的影響，因 此，當(dāng)系統(tǒng)受到外界較大干擾W及運(yùn)行點(diǎn)發(fā)生大范圍波動時，（反饋)線性化控制器難W提 供滿意的控制效果。模糊控制方法主要有W下缺點(diǎn)：1.模糊控制的設(shè)計尚缺乏系統(tǒng)性，運(yùn)對 復(fù)雜系統(tǒng)的控制是難W奏效的。難W建立一套系統(tǒng)的模糊控制理論，W解決模糊控制的機(jī) 理、穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)化設(shè)計方法等一系列問題;2.如何獲得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)即系統(tǒng)的 設(shè)計辦法，完全憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行;3.信息簡單的模糊處理將導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度降低和動態(tài)品 質(zhì)變差。若要提高精度就必然增加量化級數(shù)，導(dǎo)致規(guī)則捜索范圍擴(kuò)大，降低決策速度，甚至 不能進(jìn)行實(shí)時控制;4.如何保證模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性即如何解決模糊控制中關(guān)于穩(wěn)定性 和魯棒性問題還有待解決。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法只考慮SVG的外部控制，內(nèi)部控制還是PI控 審IJ。廣義哈密頓函數(shù)方法雖然是一種連續(xù)控制方法，但是對廣義項(xiàng)需要用邊界函數(shù)來界定， 而邊界函數(shù)又難W確定。直接Lyapunov有限時間控制方法是不連續(xù)控制方法，不能保留 SSSC系統(tǒng)的非線性物理結(jié)構(gòu)特性，容易發(fā)生"抖振"現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種SSSC新型非線性魯棒控制系統(tǒng)，該SSSC 新型非線性魯棒控制系統(tǒng)通過基于哈密頓能量函數(shù)方法，能夠充分保留被控對象SSSC的非 線性物理結(jié)構(gòu)特性，且所設(shè)計的控制器是連續(xù)控制器，不會發(fā)生"抖振"現(xiàn)象，有效地提高了 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和功率振蕩阻尼。
[0007] 本發(fā)明通過W下技術(shù)方案得W實(shí)現(xiàn)。
[000引本發(fā)明提供的一種SSSC新型非線性魯棒控制系統(tǒng)，包括測量模塊、信號模擬變換 模塊、比較模塊、狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊、中央控制模塊、狀態(tài)空間逆變換模塊、電壓源換流器閩 口觸發(fā)和控制模塊W及SSSC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(tài)空間轉(zhuǎn)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(tài)空間逆變換模塊、電壓源換流器閩口觸發(fā)和控制模塊與SSSC模塊 的信號輸入端連接，所述SSS對莫塊輸出信號調(diào)節(jié)輸電系統(tǒng)的潮流分布。
[0009] 所述測量模塊從輸電系統(tǒng)中采集建立SSSC新型非線性魯棒控制系統(tǒng)的狀態(tài)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(biāo)的變量變換到 dpO坐標(biāo)的變量。
[0011] 所述比較模塊求出SSSC新型非線性魯棒控制系統(tǒng)的局部平衡點(diǎn)及其與測量值之 間的偏差信號。
[0012] 所述狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊將比較模塊輸出的偏差信號建立SSSC新型非線性魯棒控 制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型，并將模型輸出信號傳輸?shù)街醒肟刂颇K。
[0013] 所述中央控制模塊調(diào)用控制算法得出非線性魯棒控制律，并將其傳送到狀態(tài)空間 逆變換模塊。
[0014] 所述狀態(tài)空間逆變換模塊將非線性魯棒控制律轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)物理量輸送到電壓 源換流器閩口觸發(fā)和控制模塊。
[0015] 所述電壓源換流器閩口觸發(fā)和控制模塊將非線性魯棒控制律計算出的觸發(fā)角信 號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的觸發(fā)脈沖信號后和脈寬調(diào)制比信號發(fā)送到SSS對莫塊。
[0016] 一種SSSC新型非線性魯棒控制系統(tǒng)的控制方法，包括W下步驟：
[0017] (1)所述測量模塊采集SSSC新型非線性魯棒控制系統(tǒng)接入點(diǎn)處發(fā)送端母線電壓Vs Z目s = Vsd+jVsq和接收端母線電壓VrZ目r = Vrd+jVrq，串聯(lián)變壓器電流I = id+jiq，直流側(cè)電容 器電壓Vd。，角系統(tǒng)的頻率《 ;
[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信號中的干擾信 號濾除掉，然后再利用化rk變換器將濾波后的物理量從abc坐標(biāo)下的變量變換到化0坐標(biāo)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：串聯(lián)變壓器的阻抗Rs和感抗Ls, 直流環(huán)節(jié)的損耗Rdc和電容Cdc，角系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率《 S，串聯(lián)變壓器接收端的期望有功功率 <和期望無功功率托'，直流環(huán)節(jié)電容器的期望電壓<;
[0020] (4)所述比較模塊的微處理器計算系統(tǒng)的局部平衡點(diǎn)二)::；

[0022] 其中期望電壓由外部直接給定；
[0023] 巧)所述比較模塊的微處理器計算偏差信號變量：x,
[0024] (6)腳浙態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊的微處理器計算參數(shù)變S
[0025] (7)所述狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊的微處理器構(gòu)建在標(biāo)么值條件下系統(tǒng)的狀態(tài)空間模 型：
[0027] 其中，Ud = kcos(a+目S)，Uq = ksin(a+目S)，|>1 ￡2]t是系統(tǒng)外部干擾信號；
[0028] (8)所述控制模塊是一個微處理器，包含非線性魯棒控制器，非線性魯棒控制器執(zhí) 行非線性魯棒控制律：
[0031] (9)所述狀態(tài)空間逆變換模塊將非線性魯棒控制律轉(zhuǎn)換成換流器閩口觸發(fā)角信號 a和脈寬調(diào)制比信號k發(fā)送至換流器閩口觸發(fā)和控制模塊：

[0034] (10)換流器閩口觸發(fā)和控制模塊先將非線性魯棒控制律計算出來的觸發(fā)角信號a 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)相位的觸發(fā)脈沖信號，再和脈寬調(diào)制比信號k 一起發(fā)送到SSS對莫塊，SSS對莫塊對 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和潮流實(shí)時控制。
[0035] 本發(fā)明的有益效果在于:基于哈密頓能量函數(shù)方法，能夠充分保留被控對象SSSC 的非線性物理結(jié)構(gòu)特性，所設(shè)計的控制器是連續(xù)控制器，不會發(fā)生"抖振"現(xiàn)象，有效地提高 了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和功率振蕩阻尼，對于基于電壓源換流器的一類FACTS設(shè)備，只需 要對現(xiàn)有控制模塊中的參數(shù)和變量及其維數(shù)進(jìn)行合理修改，即可實(shí)現(xiàn)非線性魯棒控制，本 發(fā)明提供的非線性魯棒控制方法是一種連續(xù)控制方法，不需要利用邊界函數(shù)，不僅能夠充 分保持和利用被控制對象SSSC的非線性物理結(jié)構(gòu)特性，而且能夠?qū)SSC實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制。
【附圖說明】
[0036] 圖1是本發(fā)明的原理框圖；
[0037] 圖2是圖1中SSSC新型非線性魯棒控制系統(tǒng)的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。
[0039] 如圖1和圖2所示的一種SSSC新型非線性魯棒控制系統(tǒng)，包括測量模塊、信號模擬 變換模塊、比較模塊、狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換模塊、中央控制模塊、狀態(tài)空間逆變換模塊、電壓源換流 器閩口觸發(fā)和控制模塊W及SSSC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(tài)空間轉(zhuǎn)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(tài)空間逆變換模塊、電壓源換流器閩口觸發(fā)和控制模塊與SSSC模 塊的信號輸入端連接，所述SSSC模塊輸出信號調(diào)節(jié)輸電系統(tǒng)的潮流分布。SSSC模塊也就是 靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器模塊。
[0040] 所述測量模塊