[发明专利]基于自抗扰控制器的STATCOM的电气化铁路低频振荡抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于自抗扰控制器的STATCOM的电气化铁路低频振荡抑制方法，首先在dq坐标系下对单相STATCOM进行dq解耦数学建模，为STATCOM设计电压控制外环和电流控制内环的双闭环控制策略；其中，电压外环是通过一个PI控制器对STATCOM的直流电压进行控制，并获得有功电流的指令值；电流内环是通过两个一阶非线性自抗扰控制器获得d轴和q轴的公共连接点端口电压分量。然后将该电压分量作为调制波，在载波相移SPWM的调制方式下可得到STATCOM的开关管通断的控制信号。本发明的自抗扰控制器STATCOM具有良好的控制品质和较强的鲁棒性，可提高系统的稳定性，抑制电气化铁路低频振荡问题。

技术领域

本发明涉及电气化铁路用电安全技术领域，具体为一种基于自抗扰控制器的STATCOM(Static Synchronous Compensator静止同步补偿器)的电气化铁路低频振荡抑制方法。

背景技术

随着我国电气化铁路不断地发展，大量交直交传动的CRH系列动车组和HXD系列大功率机车投入运行，引发了铁路牵引网电压的低频振荡问题，严重影响列车的安全运行以及行车调度秩序。电气化铁路低频振荡现象是机车-牵引网系统的电气匹配问题，在牵引变电所增设适当的补偿或控制设备，通过减小等效电源阻抗和提供额外系统阻尼，可以对低频振荡的进行抑制。基于自换相电力电子器件的STATCOM具有无功调节连续、谐波小、运行范围宽、响应速度快等优点，被广泛应用于各个领域。

目前在STATCOM中应用较多的是传统的PID控制器，其优点是控制简单并且易于实现,具有良好的动态响应。但在实际应用中，随着越来越多的非线性电子电子器件的投入，PID控制器不易满足高性能控制要求。韩京清研究员在对传统PID控制器进行深入学习分析后，提出了利用特殊非线性效应来开发具有特殊功能的环节，并以此来设计出高品质控制器，即自抗扰控制器，克服PID控制器的缺点。自抗扰控制器比传统PID控制器具有更好的控制性能，能使系统具有更好的鲁棒性。本发明基于上述现状，提出了一种基于自抗扰控制器的STATCOM的设计方法，用于抑制电气化铁路低频振荡问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够提高系统的控制稳定性和鲁棒性，有效地实现电气化铁路低频振荡抑制，并有效降低控制输入饱和的发生概率，改善控制器性能的基于自抗扰控制器的STATCOM的电气化铁路低频振荡抑制方法。技术方案如下：

一种基于自抗扰控制器的STATCOM的电气化铁路低频振荡抑制方法，包含如下步骤：

步骤1：建立dq坐标系下单相STATCOM的主电路数学模型，根据数学模型设计STATCOM并网控制策略：

单相STATCOM的主电路数学模型描述为：

式中，u_sd和u_sq为牵引网电压的在d轴和q轴上的分量；u_cd和u_cq分别为公共连接点端口电压在d轴和q轴上的分量；i_d和i_q分别为牵引网交流电流在d轴和q轴上的分量；ω为牵引网电压的角频率；L为交流侧连接电感；R为交流侧电阻；

为了进行dq解耦，便于自抗扰控制器的设计，表达式描述为：

式中，牵引网电压的角频率d轴分量ω_d＝ωLi_q+u_sd，q轴分量ω_q＝-ωLi_d+u_sq；

所述控制策略为电压控制外环和电流控制内环的双闭环控制；