[发明专利]STATCOM的矩阵形式间接电流控制方法

权利要求书

1.一种STATCOM的矩阵形式间接电流控制方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

第一步，建立STATCOM的主电路；

第二步，建立STATCOM的线性化数学模型，

令电网电压的瞬时值为：

ea=Esinωteb=Esin(ωt-2π3)ec=Esin(ωt+2π3)---(1)]]>

STATCOM采用SPWM调制，调制波的瞬时值为：

vma=λsin(ωt-θ)vmb=λsin(ωt-θ-2π3)vmc=λsin(ωt-θ+2π3)---(2)]]>

根据基尔霍夫定理和采用SPWM电压逆变电路的输出电压计算公式导出第一步建立的电路交流侧的电路方程：

Li·a+Ria=ea-12vmavdcLi·b+Rib=eb-12vmbvdcLi·c+Ric=ec-12vmcvdc---(3)]]>

由交流侧和直流侧的能量守恒得：

Cv·dcvdc=12vmavdcia+12vmbvdcib+12vmcvdcic---(4)]]>

依据式（3）和（4）推导得到STATCOM的非线性数学模型为：

i·ai·bi·cv·dc=-RL00-12Lvma0-RL0-12Lvmb00-RL-12Lvmcvma2Cvmb2Cvmc2C0iaibicvdc+1L0001L0001L000eaebec---(5)]]>

定义基值系统为：

将所述基值系统带入式（5）得STATCOM的标幺化数学模型为：

i·a*i·b*i·c*v·dc*=-R*L*00-12L*vma0-R*L*0-12L*vmb00-R*L*-12L*vmcvma2C*vmb2C*vmc2C*0i*ai*bi*cv*dc+1L*0001L*0001L*000e*ae*be*c---(7)]]>

通过

Tpq/abc=23sinωtsin(ωt-23π)sin(ωt+23π)-cosωt-cos(ωt-23π)-cos(ωt+23π)---(8)]]>

将STATCOM的标幺化数学模型从a-b-c三相静止坐标系变换到p-q两相旋转坐标系上，得到STATCOM在p-q旋转坐标系下的标么化非线性状态方程数学模型为：

i·p*i·q*v·dc*=-ωR*L*-ω0ω-ωR*L*0000ip*iq*vdc*+-ω2L*vdc*00-ω2L*vdc*ωC*2ip*ωC*2ip*vmpvmq+ωL*ep*ωL*eq*0---(9)]]>

iq*vdc*=010001ip*iq*vdc*]]>

用最优线性化的方法得到STATCOM的标幺化线性数学模型为：

i·p*i·q*v·dc*=-ωR*L*-ω0ω-ωR*L*0000ip*iq*vdc*+-ω2L*vdc*[t0]00-ω2L*vdc*[t0]ωC*2ip*[t0]ωC*2ip*[t0]vmpvmq---(10)]]>

iq*vdc*=010001ip*iq*vdc*]]>

第三步，依据第二步所推导的STATCOM的标幺化线性数学模型设计矩阵形式的间接电流控制策略，

将STATCOM的线性化数学模型简写为：

x·1(t)=A1x1(t)+B1u1(t)y1(t)=C1x1(t)---(11)]]>

式中：

A1=-ωR*L*-ω0ω-ωR*L*0000,B1=-ω2L*vdc*[t0]00-ω2L*vdc*[t0]ωC*2ip*[t0]ωC*2ip*[t0],C1=010001]]>

x1=ip*iq*vdc*,u1=vmpvmq,y1=iq*vdc*]]>

设矩阵形式控制器的初始形式为：

G2(s)=1s1.01111---(12)]]>

则矩阵形式控制器的状态方程为：

x·2(t)=A2x2(t)+B2u2(t)y2(t)=C2x2(t)=u1(t)---(13)]]>

式中：A2=0000,B2=1001,C2=1.01111]]>

STATCOM串联矩阵形式控制器的系统状态方程为：

x·e(t)=Aexe(t)+Beu1(t)+Eer(t)ye(t)=Cexe(t)=y1(t)---(14)]]>

式中xe=x1x2,Ae=A10-B2C1A2Be=B10,Ee=0B2,Ce=C10]]>

其中(A_e,B_e)可控，(A_e.C_e)可观，应用LQR法得到最小二次型目标函数为：

J=∫0∞[xeT(t)Qxe(t)+u1T(t)Ru1(t)]dt---(15)]]>

基于STATCOM的动态特性确定权矩阵Q和R的取值，即Q≥0、R>0，得到具有最优状态反馈的矩阵形式控制器输出为：

u₁(t)＝-K_ex_e(t)＝-K₁x₁(t)-K₂x₂(t)      （16）

其中控制系数矩阵K_e为控制策略的控制参数，

K_e＝[K₁,K₂]=R^-1B_e^TP     （17）

通过K_e以整定参数控制电流输出。