矩阵变换器输入电流的状态反馈线性化控制

在电压不平衡和负载不平衡等非正常工况下,矩阵变换器(MC)的输入电流波形不稳定,总谐波畸变率较大,严重影响负载的安全运行。为此,设计了一种全新的基于状态反馈线性化的矩阵变换器非线性控制器。首先根据矩阵变换器输入侧的拓扑结构,构建了矩阵变换器的数学模型,经过Park变换,得到了标准的仿射非线性系统,验证它符合反馈线性化条件后将它转化成线性系统并设计出状态反馈线性化控制器。MATLAB仿真结果表明,该方法可以有效地改善矩阵变换器在三相输入电压不平衡、三相负载不平衡等非正常工况下的输入电流性能,降低总谐波畸变率。     

STATCOM与发电机励磁非线性控制器设计

提出了一种有利于进行控制设计的STATCOM模型.采用直接反馈线性化、零动态原理,设计了STATCOM无功电流与发电机励磁非线性控制器,该控制可以同时满足发电机励磁与STATCOM装设处电压的稳定性.对单机-无穷大系统进行了数字仿真,结果表明该控制器具有很好的实用效果和优越性.     

基于状态反馈线性化的矩阵变换器非线性控制

针对矩阵变换器输出电流易受电网电压、负载不对称影响的问题,设计了一种基于状态反馈线性化的矩阵变换器非线性控制器,实现对输出电流的实时准确的跟踪。根据矩阵变换器的拓扑结构,构建矩阵变换器的输出端数学模型。利用Park变换将该数学模型变换为标准的仿射非线性系统,构建了反馈线性化控制器。利用MATLAB/Simulink将采用所设计的控制器的矩阵变换器与传统矩阵变换器进行仿真对比。仿真结果表明,设计的控制器有效地改善了系统在三相输入电压不对称、三相负载不平衡的非正常工况下的输出电流性能。将设计的控制器应用在搭建的矩阵变换器样机上,样机调试结果进一步说明了所设计的控制器的可行性。     

计及广域信号时变时滞影响的大型双馈风力发电系统附加鲁棒阻尼控制

大规模风电接入互联电力系统可能会导致电网联络线上严重的功率振荡。大型双馈风力发电系统能独立控制有功和无功功率,可以通过将控制信号附加到有功功率控制环节来调节输出的有功,以此用来阻尼系统功率振荡。针对系统中可能存在的功率振荡,采用广域测量数据并选择合适的反馈信号实现了快速的广域时滞阻尼控制。在建立的电力系统线性化模型中考虑了广域测量信号时滞。基于自由权矩阵方法获得了线性化模型标准化时滞鲁棒控制方法,可以由线性矩阵不等式进行求解。在此基础上,设计得到了广域时滞状态反馈控制器。控制器参数可以通过所提出的LMI迭代算法优化得到。结合状态观测理论获得了一种新型广域时滞输出反馈控制器。基于四机两区域仿真模型建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。     

基于线性化模型的含FACTS装置的电力系统相对增益矩阵求解及应用

利用相对增益矩阵(RGA)方法可定量分析FACTS 控制器之间的交互影响,但随着电网密度和复杂程度的加剧,利用Phillips-Heffron模型进行RGA分析计算变得非常复杂。建立了新的含SVC和STATCOM的多机电力系统线性化模型,将其与Phillips-Heffron模型进行对比并指出线性化模型的优点。利用此模型推导出系统的传递函数,可以简化求解RGA矩阵的过程。为验证此模型的效果,以静止无功补偿器(SVC)和静止同步补偿器(STATCOM)作为研究对象,通过建立的线性化模型和RGA分析,找出两台SVC之间、SVC和STATCOM之间的负交互影响与电气距离的关系,并利用时域仿真法验证了此交互影响分析结果的正确性。     

基于三相电压型逆变器STATCOM的研究

介绍了静止同步补偿器（STATCOM）的分类与工作原理并建立了三相坐标系和同步旋转坐标系下STATCOM的非线性数学模型;采用非线性变换和反馈线性化理论,设计了STATCOM的状态反馈解耦控制器,以实现有功电流和无功电流的解耦。     

STATCOM与发电机励磁和汽轮机调门非线性协调滑模控制研究

基于单机无穷大系统,建立了静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的数学模型,设计了变结构协调控制器.采用直接反馈对系统进行全局线性化,运用变结构控制方法,设计了STATCOM无功电流与发电机励磁、汽轮机调门的非线性滑模协调控制器,可以同时满足发电机励磁、汽机调门与STATCOM装设处电压稳定要求.对单机一无穷大系统进行了数字仿真,结果表明控制器能有效改善系统稳定性.     

利用含储能装置的STATCOM阻尼电力系统多模态振荡

研究了多机系统中使用储能装置与静止无功发生器(STATCOM)的集成抑制电力系统多模态振荡的可行性。推导了集成电池储能系统(BESS)的STATCOM的非线性动态模型和线性化Phillips-Heffron模型。利用STATC0M/BESS能够和系统自由交换有功功率和无功功率的特点,在每个控制回路上设计附加阻尼控制器阻尼多模态振荡。基于可控性指标确定STATCOM/BESS的安装地点并为各模态选择控制回路,使用人工鱼群算法进行多个阻尼控制器间的协调优化。仿真结果表明,单个STATCOM/BESS能够成功实现电力系统多模态振荡的抑制;阻尼效果受容量限制的影响,容量大时阻尼效果好。     

电网电压不平衡下链式STATCOM控制方法

针对链式静止同步补偿器(STATCOM)在电网电压不平衡情况下的控制问题,建立了其正序、负序数学模型,详细推导了在电网电压不平衡时正序和负序环境下的非线性解耦控制方程,提出一种不平衡环境下链式STATCOM的反馈线性化滑模控制方法,通过引入精确反馈线性化方法实现正负序完全解耦,为降低滑动模态上的抖动,引入一种新的指数趋近律完成滑模控制器设计,正序电流环控制装置补偿负载所需无功,负序电流环补偿负载不平衡情况下的负序电流。仿真和实验表明,该方法能有效地解决链式STATCOM在不平衡环境下的补偿问题,具有一定的工程参考价值。     

基于反馈线性化STATCOM控制系统仿真研究

静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)具有非线性、强耦合的特点。针对该设备传统线性控制理论的设计方法难以实现,因此首先分析了系统数学模型,利用反馈线性化方法将STATCOM进行有功电流和无功电流解耦。再根据线性控制理论对线性系统设计控制器,线性系统输入的有功电流给定值由直流侧电压外环产生,无功电流给定值由电网无功功率外环产生。由此可实现对STATCOM直流侧电压与电网侧无功功率进行控制。对比了接入STATCOM装置前后对系统无功功率补偿效果;以及负荷无功发生变化时,无功补偿装置无功控制效果。仿真结果表明,所设计的控制系统对电网无功功率的控制效果比较理想,能够保证负荷消耗无功由无功补偿装置提供。     

Application of a multivariable feedback linearization scheme for STATCOM control

This paper investigates application of a multivariable control technique to the multi-input multi-output (MIMO) nonlinear model of a static synchronous compensator (STATCOM). The proposed controller design is based on a feedback linearization scheme. Its prime goal is the coordinated control of ac and dc voltage for a STATCOM installed in a power distribution system. First, the nonlinear mathematical model of STATCOM along with the distribution system is derived. Then, by using input–output feedback linearization, a state feedback control law is obtained by pole placement. The efficacy of the control strategy is evaluated by digital computer simulations on the complete system for various types of loads and/or disturbances. The comparative study of these results with those obtained in a conventional cascade control architecture establishes the elegance of this new control scheme.     

基于模糊滑模控制理论的SSSC控制器的研究

提出了一种静止同步串联补偿器(Static Synchronous Series Compensator,SSSC)的模糊滑模控制器设计方法,控制目标是阻尼系统功率振荡。建立装有SSSC的单机系统数学模型,采用状态反馈精确线性化方法,将非线性的数学模型转化成线性的形式,运用分散滑模控制理论和模糊控制理论进行SSSC模糊滑模控制器的设计。对含有SSSC的单机无穷大系统进行三相短路故障仿真,仿真结果表明本文设计的模糊滑模控制器能快速有效地阻尼系统功率振荡。     

静止同步补偿器精确反馈线性化滑模控制研究

静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)的传统滑模控制方法结合了其他的线性控制方法,使得控制参数调节麻烦,不能达到滑模控制的良好效果,针对该问题提出了STATCOM输入状态精确反馈线性化的滑模控制策略,通过计算得到合适的输出函数,将原非线性模型全部转化为Brunovsky标准型,然后对Brunovsky标准型设计了滑模控制的滑模面和控制律并转化到原系统中,采用Lyapunov函数检验了系统的稳定性。最后,仿真验证了该控制器改进了传统滑模控制结合线性控制的缺陷,对系统变化的反应更灵敏。     

三相H桥级联静止同步补偿器的控制策略

三相H桥级联静止同步补偿器（STATCOM）可以解决配电网冲击性、不对称负载造成的动态电能质量问题,也具有多电平、易扩展的特点,而静止同步补偿器数学模型是一个强耦合、非线性系统,存在有功无功解耦难的问题,H桥级联的拓扑又使得电容电压平衡控制成为难点。针对有功无功耦合问题,通过引入精确反馈线性化方法实现完全解耦,系统降阶为两个独立的一阶线性系统,并引入指数趋近律设计完成滑模控制器,克服了传统比例积分（PI）控制器参数整定困难、鲁棒性不佳的问题。针对电容电压平衡问题,通过分析单个H桥模块的工作模态,结合最近电平逼近调制策略,实现了电容均压。在Matlab／Simulink中搭建系统模型,数值仿真结果表明有功和无功功率完全解耦,可独立调节,电容电压能稳定在设定值,系统动态响应性能优于PI控制,并且对内部参数变动具有一定的鲁棒性。     

基于暂态能量函数的电力系统非线性鲁棒滑模励磁控制

针对电力系统暂态过程的非线性特性,以功角稳定为目标设计了一种状态反馈非线性滑动模励磁控制器.通过直接计算系统的暂态能量函数,利用Lyapunov稳定理论,得到稳定流形作为切换平面,然后设计相应的滑动模励磁控制律,将系统限制在所设计的稳定流形上.在设计时考虑了对系统参数不稳定性,从而控制律具有一定的鲁棒性.设计中未使用任何线性化方法,因而控制律对系统的非线性特性完全适应.仿真结果表明所设计的控制器不仅具有良好的小干扰稳定性,而且对于大干扰暂态过程也具有很好的抑制作用.     

汽轮发电机组轴系扭振的鲁棒非线性控制

提出将同步发电机及其励磁系统看做扭振励磁控制的执行元件,采用直接反馈线性化方法补偿其非线性因素,避免小偏差线性化模型的参数摄动问题,从而提高扭振励磁控制系统的鲁棒性.综合H∞扭振模态观测器、独立模态空间鲁棒控制器和非线性反馈补偿律,提出一种轴系扭振的鲁棒非线性控制策略,在大范围工况下具有一致的全局性能,并且3个组成部分可以分别独立设计;另外,可以方便地与常规非线性励磁控制律综合在一起,而不影响后者阻尼低频振荡的性能.以一台300 MW汽轮发电机组第1阶扭振模态的阻尼控制为例,通过仿真验证鲁棒非线性控制器的性能优于常规线性控制器.     

可控串联补偿的神经滑模控制器设计

为克服电力系统可控串联补偿装置非线性及外部扰动影响,应用反馈线性化方法和径向基神经滑模变结构控制理论,设计了可控串联补偿的神经滑模控制器。通过状态反馈方法对非线性模型精确线性化,运用径向基神经网络的非线性映射和自学习能力自适应调整滑模控制律,使得设计的可控串联补偿控制规律简洁,鲁棒性好。仿真结果表明,与传统的控制方式相比,设计的神经滑模控制器能有效地阻尼系统振荡,增强系统的暂态稳定性,对运行点变化也具有较好的适应性。     

STATCOM在风力发电场中的应用

在同步旋转坐标系下采用STATCOM(static synchronous compensator)和异步发电机风力发电系统的暂态数学模型,采用基于非线性反馈线性化的逆系统方法,构造出STATCOM的伪线性系统,然后采用滑模变结构控制理论设计出STATCOM的滑模变结构控制器。然后,以随机风和电网大扰动为例,采用STATCOM对并网风电场的电能质量和稳定性问题进行仿真。结果表明:采用该控制策略的STATCOM可很好地改善风电场的电能质量和稳定性。