UPFC的非線性控制與限流式UPFC研究.pdf

1、現(xiàn)代電力系統(tǒng)通過大規(guī)?；ヂ?lián)使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益龐大和復(fù)雜，如何在確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下提高電網(wǎng)輸送容量、控制線路潮流、有效限制系統(tǒng)短路電流水平等問題已越來越突出并備受關(guān)注。近年來柔性交流輸電系統(tǒng)(flexibleACtransmissionsystem，F(xiàn)ACTS)的快速發(fā)展為解決上述問題提供了新的思路。在FACTS控制器家族中，統(tǒng)一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController，UPFC)可以綜合調(diào)節(jié)輸電線路的三大參數(shù)

2、，即電壓、相位和阻抗，繼而可以控制線路潮流，有效提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，是目前綜合功能最為全面的FACTS裝置，因此成為了學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。本文在UPFC的控制以及電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)UPFC的安全性問題兩方面做了一些研究工作。
　　 在UPFC的控制方面，針對(duì)UPFC的非線性特性和不確定性，分別提出了一種基于狀態(tài)反饋精確線性化理論的非線性最優(yōu)控制策略和一種基于反饋線性化H∞理論的非線性魯棒控制策略;針對(duì)UPFC負(fù)荷端電壓存

3、在的隨機(jī)擾動(dòng)，提出了一種非線性隨機(jī)最優(yōu)控制策略。這方面的具體研究成果概括為以下幾點(diǎn):
　　 1.針對(duì)UPFC傳統(tǒng)線性控制器的性能可能因運(yùn)行點(diǎn)的大范圍變化而惡化的缺陷，考慮UPFC的非線性特性，提出了一種基于微分幾何狀態(tài)反饋精確線性化理論的UPFC非線性最優(yōu)控制策略。首先從數(shù)學(xué)上證明了UPFC五階非線性模型滿足可精確線性化的條件，然后通過選擇李雅普諾夫型輸出函數(shù)、適當(dāng)?shù)姆蔷€性坐標(biāo)變換和狀態(tài)反饋將UPFC五階非線性系統(tǒng)完全轉(zhuǎn)化為一個(gè)

4、Brunovsky標(biāo)準(zhǔn)線性系統(tǒng)，最后采用線性極點(diǎn)配置方法設(shè)計(jì)了UPFC內(nèi)部潮流控制器。仿真結(jié)果表明，該控制策略改進(jìn)了傳統(tǒng)PI控制近似線性化的缺陷，可以有效適應(yīng)運(yùn)行點(diǎn)的大范圍變化，在提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性方面的效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PI控制。
　　 2.針對(duì)UPFC在電力系統(tǒng)中面臨的不確定性和外部干擾問題，建立了加入干擾向量的UPFC非線性魯棒模型，在第1點(diǎn)工作的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了一種基于反饋線性化H∞理論的UPFC非線性魯棒控制策略。

5、仿真結(jié)果表明，該控制器在多種外部干擾下都具有良好的魯棒性。
　　 3.在第2點(diǎn)的研究中僅考慮了不確定性，但實(shí)際電力系統(tǒng)中存在的干擾帶有很強(qiáng)的隨機(jī)性。針對(duì)UPFC負(fù)荷端電壓存在的隨機(jī)擾動(dòng)問題，將精確線性化理論和隨機(jī)控制理論相結(jié)合，提出了一種反饋線性化隨機(jī)最優(yōu)控制方法。首先建立了具有加性噪聲的UPFC非線性隨機(jī)模型;然后根據(jù)伊藤引理將其精確線性化為一個(gè)具有乘性噪聲的線性隨機(jī)系統(tǒng);隨后通過隨機(jī)HJB方程推導(dǎo)了該系統(tǒng)的隨機(jī)黎卡提矩陣微分

6、方程及其輔助方程，并給出了上述方程的一種數(shù)值解法;最后通過控制向量反饋關(guān)系得出原UPFC系統(tǒng)的非線性隨機(jī)最優(yōu)控制策略。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的LQG控制方法相比，所提控制方法可以更好地抑制隨機(jī)干擾，而且在多重復(fù)雜擾動(dòng)下都具有良好的控制性能和穩(wěn)定性。
　　 上述三種UPFC的控制策略設(shè)計(jì)方法均可擴(kuò)展應(yīng)用于所有基于電壓源變換器的FACTS裝置，如STATCOM、SSSC、IPFC、GUPFC、VSC-HVDC等。
　　 在電力

7、系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)UPFC的運(yùn)行安全性方面，提出并研制了一種新型FACTS裝置——具有短路限流功能的統(tǒng)一潮流控制器（簡(jiǎn)稱限流式UPFC）。這方面的具體研究成果概括為以下幾點(diǎn):
　　 1.在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，UPFC的串聯(lián)變換器極可能因承受系統(tǒng)高電壓和短路大電流的沖擊而損毀。針對(duì)該問題，提出了一種新型FACTS裝置——限流式UPFC。給出了限流式UPFC的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)其穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工作原理、短路限流動(dòng)態(tài)過程及控制策略進(jìn)行了

8、研究。建立了故障下的數(shù)學(xué)模型，提出了兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)——直流限流電感和直流電容的計(jì)算方法和選取原則。仿真結(jié)果證實(shí)了這種新裝置的可行性和有效性。
　　 2.研制了一套限流式UPFC實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)其控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在電網(wǎng)正常狀態(tài)下，限流式UPFC等效為常規(guī)UPFC;當(dāng)（裝置安裝點(diǎn)附近）電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，裝置中的限流器模塊能立即從零阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦杩勾牖芈分谐袚?dān)大部分系統(tǒng)電壓并將系統(tǒng)及流經(jīng)UPFC