一种基于命令滤波的直流输电变流器模糊控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于命令滤波的直流输电变流器模糊控制方法，通过模糊逻辑系统逼近电压源型直流输电变流系统电网侧变流器系统中未知的非线性项；引入命令滤波技术解决了反步控制技术中不可避免的“计算爆炸”问题，通过引入滤波补偿机制减小了滤波器的误差，同时命令滤波技术对高次谐波具有良好的抑制作用；通过引入自适应控制技术能够解决系统参数未知以及不确定扰动介入的问题；在本发明专利技术控制方法下，控制器中只存在一个自适应参数，减少在线计算负担，利于工程实践。仿真结果表明，本发明专利技术能够实现对功率的快速、稳定地响应，实现对电网侧变流器的控制。

A Fuzzy Control Method for DC Transmission Converter Based on Command Filtering

【技术实现步骤摘要】
一种基于命令滤波的直流输电变流器模糊控制方法
本专利技术属于直流输电变流控制
，尤其涉及一种基于命令滤波的直流输电变流器模糊控制方法。
技术介绍
从20世纪50年代以来，高压直流输电技术快速发展，高压直流输电具有调节快速、输电损耗小、运行稳定和自防护能力强等优势，其被普遍运用到电力的远程输送工程中，远程传送电力会采用电压源型直流输电变流器接入电网。由于电力系统中存在大量的非线性元件，从而高压直流输电系统是一个非线性系统，非线性原件在电力设备中使用较多，从而导致电网中出现高次谐波，在实际工程中为了抑制高次谐波，往往采用加装滤波器等方式，同时变流器系统中有不确定扰动的介入，以上条件使得传统的系统的控制器设计方法经常不能满足实际的工程要求。近年来，模糊控制，自适应控制，反步控制和一些其他的控制方法被运用到直流输电变流器系统的研究中。但是高压直流输电系统具有非线性、参数不确定的问题，模糊控制于1974年被LotfiA.Zadeh创立，模糊控制对于不明确的系统具有较好的控制效果，通过模糊逻辑逼近非线性系统系统中的非线性项，对于高压直流输电系统中参数不确定的问题可采用自适应控制技术解决，在电力系统中某些状态变量通常使用传感器测量，而传感器检测的状态变量具有环境适应性差、精度差和成本高的问题，基于自适应的反步控制方法能够解决系统参数未知以及不确定扰动介入的问题，代替了传感器检测的过程，大大的降低了硬件成本，命令滤波反步控制技术中命令滤波器的输出能够跟踪虚拟控制函数的导数，从而解决了传统反步技术中“计算爆炸”的问题，通过引入滤波补偿机制减小了命令滤波器的误差，进而提高了系统的综合性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于命令滤波的直流输电变流器模糊控制方法，以便使输出快速的跟踪期望值，实现电网侧变流器的控制。本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种基于命令滤波的直流输电变流器模糊控制方法，包括如下步骤：a电压源型直流输电变流系统中电网侧变流器的数学模型为：其中，ucd和ucq为三相滤波电容器电压的d-q轴分量，ud和uq为变流器交流侧电压的d-q轴分量，i1d，i1q，i2d，i2q为变流器交流侧电流与电网侧三相电流d-q轴分量，ω为电网角频率，Esd为电网电压d轴分量，C2为滤波电容，L1和L2为滤波电抗，R1为直流侧电容的等效电阻，R2为滤波电容等效电阻；由变流器的数学模型，定义如下变量：将同步旋转的d-q坐标系中的系统的数学模型转换为：b根据命令滤波技术和自适应模糊反步法原理设计一种基于命令滤波的直流输电变流器模糊控制方法，模型简化为两个独立的子系统，即由状态变量x1,x2,x3和控制输入ud组成的子系统及状态变量x4,x5,x6和控制输入uq组成的子系统；假设f(Z)在紧集Ωz中是一个连续函数，对于任意的常数ε＞0，总是有一个模糊逻辑系统WTS(Z)满足：其中，输入向量q是模糊输入维数，Rq表示实数向量集；W∈RI是模糊权向量，模糊节点数I>1，RI表示实数向量集；S(Z)＝[s1(Z),...,sI(Z)]T∈RI为基函数向量，定义常数w＞0；通常选取基函数Sj(Z)如下高斯函数：式中，μj是Gaussian函数分布曲线的中心位置，而ηj则为其宽度；定义命令滤波器为如果输入信号α1满足和对于所有的t≥0均成立，则对于任意μ＞0，必然存在正数ωn＞0和ζ∈(0，1]，使得|φ1-α1|≤μ，和|φ1|都是有界的，φ1和φ2为实数；其中，ρ1和ρ2是正的常量，并且φ1(0)＝α1(0)，φ2(0)＝0；根据反步法原理定义如下误差变量：其中，x1d和x2d为给定期望信号，滤波器的输入信号是虚拟控制函数α1,α2,α4,α5，滤波器的输出信号是x1,c,x2,c,x4,c,x5,c，定义ξif＝zif-vifif＝1,2,3,4,5,6，ξif为滤波器的误差补偿信号；虚拟控制函数和滤波器的误差补偿信号的具体结构将在下面的设计过程中给出：b.1取Lyapunov函数求导后可得：其中，定义T1是未知的正常数且上限为d＞0，0≤|T1|≤d；根据杨氏不等式有：其中，Z1＝[x1,x4,v1]，常数ε1＞0；根据万能逼近定理，对于任意给定的常数ε2＞0，存在模糊逻辑系统W1TS1(Z1)使得f1(Z1)＝W1TS1(Z1)+δ1(Z1)，其中，δ1(Z1)表示逼近误差，并满足不等式|δ1(Z1)|≤ε2，从而：其中，||W1||为模糊权向量W1的范数，l1为正数；选取虚拟控制函数α1和误差补偿信号ξ1，即：其中，常数k1＞0，θ的定义在后面给出，为θ的估计值；将公式(5)和(6)代入公式(4)，有：b.2取Lyapunov函数求导后可得：其中，Z2＝[x1,x5]；由万能逼近定理，对于任意给定的常数ε3＞0，再次利用模糊逻辑系统逼近非线性函数f2(Z2)，使得其中|δ2(Z2)|≤ε3，得到：其中，||W2||为模糊权向量W2的范数，l2为正数；选取虚拟控制函数α2和误差补偿信号ξ2，即：其中，常数k2＞0；将公式(9)和公式(8)代入公式(7)，有：b.3取Lyapunov函数求导后可得：其中，Z3＝[x3,x2,x6]；由万能逼近定理，对于任意给定的常数ε4＞0，再次利用模糊逻辑系统逼近非线性函数f3(Z3)，使得f3(Z3)＝W3TS3(Z3)+δ3(Z3)，其中|δ3(Z3)|≤ε4，得到：其中，||W3||为模糊权向量W3的范数，l3为正数；选取真实控制律ud和误差补偿信号ξ3，即：其中，常数k3＞0；将公式(12)和公式(11)代入公式(10)，有：b.4取Lyapunov函数求导后可得：其中，f4(Z4)＝b2x4+ωx1，Z4＝[x1,x4]；由万能逼近定理，对于任意给定的常数ε5＞0，再次利用模糊逻辑系统逼近非线性函数f4(Z4)，使得其中|δ4(Z4)|≤ε5，得到：其中，||W4||为模糊权向量W4的范数，l4为正数；选取虚拟控制函数α4和误差补偿信号ξ4，即：其中，常数k4＞0；将公式(15)和公式(14)代入公式(13)，有：b.5取Lyapunov函数求导后可得：其中，Z5＝[x2,x4]；由万能逼近定理，对于任意给定的常数ε6＞0，再次利用模糊逻辑系统逼近非线性函数f5(Z5)，使得f5(Z5)＝W5TS5(Z5)+δ5(Z5)，其中，|δ5(Z5)|≤ε6，从而：其中，||W5||为模糊权向量W5的范数，l5为正数；选取虚拟控制函数α5和误差补偿信号ξ5，即：其中，常数k5＞0；将公式(17)和公式(18)代入式(16)，有：b.6取Lyapunov函数求导后可得：其中，Z6＝[x3,x5,x6]；由万能逼近定理，对于任意给定的常数ε7＞0，再次利用模糊逻辑系统逼近非线性函数f6(Z6)，使得其中|δ6(Z6)|≤ε7，得到：其中，||W6||为模糊权向量W6的范数，l6为正数；选取真实控制律uq和误差补偿信号ξ6，即：其中，常数k6＞0；将公式(20)和公式(21)代入公式(19)，有：定义θ＝max{||W1||2，||W2||2，||W3||2，||W4||2，||W5||2，||W6||2}，是θ的估计值，θ的估计误差为由此可得：选取系统的Lyapun本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于命令滤波的直流输电变流器模糊控制方法，其特征在于，包括如下步骤：a电压源型直流输电变流系统中电网侧变流器的数学模型为：

【技术特征摘要】
2019.05.15 CN 20191040339901.一种基于命令滤波的直流输电变流器模糊控制方法，其特征在于，包括如下步骤：a电压源型直流输电变流系统中电网侧变流器的数学模型为：其中，ucd和ucq为三相滤波电容器电压的d-q轴分量，ud和uq为变流器交流侧电压的d-q轴分量，i1d，i1q，i2d，i2q为变流器交流侧电流与电网侧三相电流d-q轴分量，ω为电网角频率，Esd为电网电压d轴分量，C2为滤波电容，L1和L2为滤波电抗，R1为直流侧电容的等效电阻，R2为滤波电容等效电阻；由变流器的数学模型，定义如下变量：将同步旋转的d-q坐标系中的系统的数学模型转换为：b根据命令滤波技术和自适应模糊反步法原理设计一种基于命令滤波的直流输电变流器模糊控制方法，模型简化为两个独立的子系统，即由状态变量x1,x2,x3和控制输入ud组成的子系统及状态变量x4,x5,x6和控制输入uq组成的子系统；假设f(Z)在紧集Ωz中是一个连续函数，对于任意的常数ε＞0，总是有一个模糊逻辑系统WTS(Z)满足：其中，输入向量q是模糊输入维数，Rq表示实数向量集；W∈RI是模糊权向量，模糊节点数I>1，RI表示实数向量集；S(Z)＝[s1(Z),...,sI(Z)]T∈RI为基函数向量，定义常数w＞0；通常选取基函数Sj(Z)如下高斯函数：式中，μj是Gaussian函数分布曲线的中心位置，而ηj则为其宽度；定义命令滤波器为:如果输入信号α1满足和对于所有的t≥0均成立，则对于任意μ＞0，必然存在正数ωn＞0和ζ∈(0，1]，使得|φ1-α1|≤μ，和|φ1|都是有界的，φ1和φ2为实数；其中，ρ1和ρ2是正的常量，并且φ1(0)＝α1(0)，φ2(0)＝0；根据反步法原理定义如下误差变量：其中，x1d和x2d为给定期望信号，滤波器的输入信号是虚拟控制函数α1,α2,α4,α5，滤波器的输出信号是x1,c,x2,c,x4,c,x5,c，定义ξif＝zif-vif，if＝1,2,3,4,5,6，ξif为滤波器的误差补偿信号；虚拟控制函数和滤波器的误差补偿信号的具体结构将在下面的设计过程中给出：b.1取Lyapunov函数求导后可得：其中，定义T1是未知的正常数且上限为d＞0，0≤|T1|≤d；根据杨氏不等式有：其中，Z1＝[x1,x4,v1]，常数ε1＞0；根据万能逼近定理，对于任意给定的常数ε2＞0，存在模糊逻辑系统W1TS1(Z1)使得f1(Z1)＝W1TS1(Z1)+δ1(Z1)，其中，δ1(Z1)表示逼近误差，并满足不等式|δ1(Z1)|≤ε2，从而：其中，||W1||为模糊权向量W1的范数，l1为正数；选取虚拟控制函数α1和误差补偿信号ξ1，即：其中，常数k1＞0，θ的定义在后面给出，为θ的估计值；将公式(5)和(6)代入公式(4)，有：b.2取Lyapunov函数求导后可得：其中，Z2＝[x1,x5]；由万能逼近定理，对于任意给定的常数ε3...

【专利技术属性】
技术研发人员：于金鹏，刘占杰，马玉梅，胡成江，付程，胡亚强，刘振，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37