[发明专利]快速Terminal滑模变结构的UPFC控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速Terminal滑模变结构的UPFC控制方法，属于电力电子自动控制技术领域。

背景技术

统一潮流控制器(UPFC)是当今世界上电力电子技术应用的制高点，作为第三代FACTS设备代表，是迄今为止功能最全面的FACTS装置。UPFC不仅可以解决功率输送不平衡问题、提升电网潮流输送能力，同时对于优化系统的运行、提高系统的暂态稳定、阻尼系统的振荡具有显著的作用，应用前景广阔。

UPFC的概念，最先是由L.Gyugyi等人于1992年提出，国外对UPFC研究较早，1998年世界上第一台装置，在美国地区的138kV的高压输电线路上成功运行，足以说明UPFC的硬件实现是完全可行的，目前工程运行良好。而我国起步较晚，1995年以后才开始研究，关于其控制方法的论文也较多，其控制器的结构也多种多样，主要控制方法包括：传统的PI控制、神经网络和模糊自适应控制、非线性控制、交叉解耦控制、协调控制等方法。

UPFC作为一种串、并联混合型FACTS元件能够对受控输电线上的潮流分配和节点电压灵活进行控制，其基本组成模块静止同步补偿器(STATCOM)和静止同步串联补偿器(SSSC)以及中间的直流电容。如果缺乏对UPFC系统的有效控制措施，在交流系统发生故障或者扰动时有可能引起换流器的换相失败。若换相失败时间过长可能引起换流器闭锁，大量的功率将无法通过换流器进行传输，极有可能引起两侧交流系统的失稳。而如果控制措施得当，在交流系统发生故障后，通过既定的控制策略自动调节UPFC系统传输的有功和无功功率，减少换相失败的时间甚至防止发生换相失败，就可以充分利用UPFC系统调节的快速性，对交流系统进行紧急功率支援，或在故障后帮助交流系统快速恢复，减弱交流系统振荡，保证两侧电网安全稳定的运行。所以研究UPFC换流器的稳定控制方法，为统一潮流控制控制系统的工程应用提供技术支持和有利参考，具有巨大的经济价值和应用前景。

目前已经采用的UPFC换流器控制方法主要是基于经典PI控制理论，对系统数学建模的要求很高，不易得到满意的控制效果，而且鲁棒性不强。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种快速Terminal滑模变结构的UPFC控制方法，解决现有技术中基于经典PI控制理论进行UPFC换流器控制，对系统数学建模要求高，控制效果不好，且鲁棒性不强的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：快速Terminal滑模变结构的UPFC控制方法，包括如下步骤：

步骤一：利用矢量控制的方法和坐标变换的方法对已建立的系统数学模型进行解耦，从而得到便于滑模变结构控制的系统状态方程；

步骤二：根据系统的实际情况选择Terminal滑模变结构，包括输入/输出变量的个数、滑模面的参数奇偶性、阶数；

步骤三：根据Terminal滑模变结构控制的方法，结合目标变量设计并联侧Terminal滑模变结构控制的控制器；

步骤四：根据Terminal滑模变结构控制的方法，结合目标变量设计串联侧Terminal滑模变结构控制的控制器；

步骤五：考虑负载电流变化引起的直流母线电压变化，设计直流电容环节的Terminal滑模变结构控制的控制器；

步骤六：根据目标变量的物理含义选择量测量计算并输出目标期望控制信号，并通过空间矢量控制得到串联侧和并联侧换流器的触发信号。

步骤一所述的系统状态方程如下：

并联侧换流器以控制系统并网点电压和无功为控制目标，其状态方程为：

串联侧换流器以控制线路有功和无功为控制目标，其状态方程为：

其中：L_E和R_E表示UPFC并联变压器以及所连接电抗的等效电感和电阻；i_Ed和i_Eq分别为UPFC并联侧输出电流坐标分量，u_sd和u_sq分别为电网送端母线电压，u_1d和u_1q为UPFC并联变流器的输出电压；ω为电网角速度；