一种非线性统一潮流控制器的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种非线性统一潮流控制器的控制方法，包括：建立统一潮流控制器在dq坐标系下的数学模型，其电压源换流器采用脉宽调制控制方式，建立仿射非线性系统的数学模型；选择输出函数、非线性坐标变换和状态反馈方程，将统一潮流控制器的五阶非线性系统转化为布鲁诺夫基标准线性系统；针对建立的布鲁诺夫基线性系统，采用线性极点配置方法设计统一潮流控制器内部潮流控制器。本发明专利技术针对传统线性控制器的性能可能因运行点大范围变化而恶化的缺陷，考虑统一潮流控制器的非线性特性，提出了一种基于微分几何状态反馈精确线性化理论的非线性最优控制方法，可扩展应用于所有基于电压源变换器的交流柔性输电系统装置。

A control method of nonlinear UPFC

The invention discloses a control method of a nonlinear unified power flow controller, which includes: establishing a mathematical model of the unified power flow controller in dq coordinate system, adopting pulse width modulation control mode for the voltage source converter, establishing a mathematical model of the affine nonlinear system, selecting the output function, nonlinear coordinate transformation and state feedback equation, and integrating the fifth order non-linear of the unified power flow controller For the established brunov baseline system, the method of linear pole assignment is used to design the internal power flow controller of UPFC. In view of the defect that the performance of the traditional linear controller may deteriorate due to the wide range change of the operation point, considering the nonlinear characteristics of the unified power flow controller, the invention proposes a nonlinear optimal control method based on the precise linearization theory of differential geometric state feedback, which can be extended to all the AC flexible transmission system devices based on the voltage source converter.

【技术实现步骤摘要】
一种非线性统一潮流控制器的控制方法
本专利技术属于电力系统及其自动化领域，特别涉及一种非线性统一潮流控制器的控制方法。
技术介绍
现代化电力系统发展迅速，一方面尽可能满足全社会对电能的需求，保证社会经济的高速发展，另一方面也带来一系列挑战，如系统规划与资源配置优化问题、大电网的安全稳定运行问题、潮流控制和经济调度问题等，其中如何最大限度地提高电网输送容量、提高系统稳定性和可靠性、有效限制系统短路电流水平这几个问题已越来越突出并备受关注。现有的交流输电系统在传统机械式控制方法下难以满足潮流控制和提高输电容量的需要。20世纪70年代后，以大功率器件为基础的电力电子技术发展迅猛，并与计算机信息技术和控制理论相结合，为解决上述问题提供了一个新的方向。柔性交流输电系统技术可以对电网进行快速、频繁、连续、灵活和精确的控制，从而与发电机的各种快速控制相匹配，大大提高了电力系统的潮流控制能力和各种动态性能，从而将传统的依赖于机械开关的“硬性”交流输电系统升级为融合大功率电力电子技术、计算机信息技术和先进控制技术的“柔性”交流输电系统。在柔性交流输电系统装置中，并联型静止同步补偿器(STATCOM)的能向系统提供无功补偿以维持节点电压，但控制线路潮流能力较弱；而静止同步串联补偿器(SSSC)能向系统提供串联电压补偿以控制线路潮流，但无法提供并联无功电流补偿；两者各有自己的优缺点。统一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController，UPFC)综合了静止同步补偿器和静止同步串联补偿器两种装置的优点，既有补偿线路电压、控制潮流的能力，又有补偿无功电流、维持节点电压的功能，因此迅速成为了学术界的研究热点。统一潮流控制器还发展出了一个并联型静止同步补偿器和静止同步串联补偿器都不具备的关键功能，即吞吐有功功率的能力。独立的静止同步补偿器和静止同步串联补偿器只能吸收和发出无功功率但在没有附带储能装置的情况下都无法与系统交换有功功率；在统一潮流控制器中并联侧静止同步补偿器和串联侧静止同步串联补偿器通过直流电容背靠背连接，这为有功功率的交换提供了通道，使得串联侧和并联侧在独立吸收和发出无功功率的同时，还可以吸收和发出有功功率，但前提是要保证串并联两侧有功功率的平衡，这样统一处理控制器就实现了在功率图上的四象限运行。由于统一潮流控制器和电力系统本质上都是非线性系统，目前的统一潮流控制器最优控制设计中大多采用近似线性化方法或缺乏严格数学依据的智能化方法，没有精确计及统一潮流控制器的非线性特性，在对统一潮流控制器进行精确线性化控制设计时做了不同程度的简化，线性化过程不够完整，导致在运行点大范围变化时容易导致控制器性能恶化甚至失去稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种非线性统一潮流控制器的控制方法，改善统一潮流控制器的非线性特性，使其在运行点大范围变化时稳定运行。实现本专利技术目的的技术方案为：一种非线性统一潮流控制器的控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立统一潮流控制器在dq坐标系下的数学模型，其电压源换流器采用脉宽调制控制方式，建立统一潮流控制器的仿射非线性系统的数学模型；步骤2，根据步骤1中建立的仿射非线性系统的数学模型，选择输出函数、非线性坐标变换和状态反馈方程，将统一潮流控制器的五阶非线性系统转化为布鲁诺夫基标准线性系统；步骤3，针对建立的布鲁诺夫基线性系统，采用线性极点配置方法设计统一潮流控制器内部潮流控制方法。进一步的，步骤1中，根据统一潮流控制器的等效电路，用微分方程表示出在dq坐标系下的数学模型，根据电压源的脉宽调制控制方式，由dq坐标系下的数学模型推导出统一潮流控制器的4输入4输出5阶仿射非线性系统的数学模型。进一步的，步骤2中，根据步骤1建立的仿射非线性系统的数学模型，选择仿射非线性系统状态变量作为系统选择输出函数，得到系统完整的李雅普诺夫输出函数；对仿射非线性系统进行从x到z空间的坐标变换，建立状态反馈方程，将统一潮流控制器的五阶非线性系统转化为布鲁诺夫基标准线性系统。进一步的，步骤3中，针对建立的布鲁诺夫基线性系统，采用线性极点配置方法计算系统的最优增益和线性控制律，由线路潮流指令计算系统状态平衡点，得到最优控制律的参数，最后通过控制律反演得到原非线性系统的最优控制律。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)以两侧变流器交流侧的电流和直流电容电压作为状态量，建立统一潮流控制器的数学模型以及在同步旋转dq坐标下的数学模型，具有明确的物理意义；(2)建立统一潮流控制器的4输入4输出5阶仿射非线性系统的模型，并且该模型满足线性化条件，可进一步进行精确线性化；(3)线性化过程利用状态反馈来实现，使线性化过程更加精确，最后采用极点配置法来设计统一潮流控制器内部潮流控制器，这样反馈增益和线性控制律可以通过自由配置系统特征值确定；(4)精确线性化有效克服了传统近似线性化方法的本质缺憾，可以适应控制运行点的大范围变化，为解决控制器及其他非线性电力电子设备的控制问题提供了一条新的途径。附图说明图1是本专利技术基于非线性统一潮流控制器的控制方法流程图。图2是本专利技术统一潮流控制器等效电路结构。图3是本专利技术统一潮流控制器非线性控制原理图。具体实施方式结合图1，一种非线性统一潮流控制器的控制方法，包括以下步骤：步骤一、建立统一潮流控制器在dq坐标系下的数学模型，其电压源换流器VSC采用脉宽调制控制方式，建立统一潮流控制器的满足可精确化条件的4输入4输出5阶仿射非线性系统的数学模型；具体为：以统一潮流控制器两侧变流器交流侧和直流电容电压作为状态量，建立统一潮流控制器的数学模型，对该模型进行Park变换，得到统一潮流控制器在同步旋转dq坐标系下的数学模型，其电压源换流器VSC采用PWM控制方式，由此建立满足可精确化条件的4输入4输出5阶仿射非线性系统的数学模型。步骤二、根据建立的仿射非线性系统的数学模型，选择李雅普诺夫函数、非线性坐标变换和状态反馈方程，将统一潮流控制器的五阶非线性系统转化为布鲁诺夫基标准线性系统；具体为：为建立的仿射非线性系统的数学模型选择李雅普诺夫函数，对系统进行从x空间到z空间的坐标变换，建立状态反馈方程，将统一潮流控制器的五阶非线性系统转化为布鲁诺夫基标准线性系统。步骤三、针对建立的布鲁诺夫基线性系统，采用线性极点配置方法设计统一潮流控制器的内部潮流控制器；具体为：针对建立的布鲁诺夫基线性系统，采用线性极点配置方法计算最优增益，由线路潮流指令计算系统状态平衡点，得到最优控制律的参数，最后通过控制律反演得到原非线性系统的最优控制律，得出非线性最优控制原理图。下面结合实施例对本
技术实现思路
进行详细说明。实施例一种非线性统一潮流控制器的控制方法，包括以下步骤：步骤一、建立统一潮流控制器在dq坐标系下的数学模型，其电压源换流器VSC采用脉宽调制控制方式，建立统一潮流控制器的4输入4输出5阶仿射非线性系统的数学模型；根据统一潮流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非线性统一潮流控制器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，建立统一潮流控制器在dq坐标系下的数学模型，其电压源换流器采用脉宽调制控制方式，建立统一潮流控制器的仿射非线性系统的数学模型；/n步骤2，根据步骤1中建立的仿射非线性系统的数学模型，选择输出函数、非线性坐标变换和状态反馈方程，将统一潮流控制器的五阶非线性系统转化为布鲁诺夫基标准线性系统；/n步骤3，针对建立的布鲁诺夫基线性系统，采用线性极点配置方法设计统一潮流控制器内部潮流控制方法。/n

【技术特征摘要】
1.一种非线性统一潮流控制器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立统一潮流控制器在dq坐标系下的数学模型，其电压源换流器采用脉宽调制控制方式，建立统一潮流控制器的仿射非线性系统的数学模型；
步骤2，根据步骤1中建立的仿射非线性系统的数学模型，选择输出函数、非线性坐标变换和状态反馈方程，将统一潮流控制器的五阶非线性系统转化为布鲁诺夫基标准线性系统；
步骤3，针对建立的布鲁诺夫基线性系统，采用线性极点配置方法设计统一潮流控制器内部潮流控制方法。


2.根据权利要求1所述的非线性统一潮流控制器的控制方法，其特征在于，步骤1中，根据统一潮流控制器的等效电路，用微分方程表示出在dq坐标系下的数学模型，根据电压源的脉宽调制控制方式，由dq坐标系下的数学模...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁裕婷，赵天乐，张晶，张馨文，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32