[发明专利]电网电压不平衡条件下MMC-UPQC的无源性滑模控制方法

说明书

本发明涉及一种电网电压不平衡条件下MMC‑UPQC的无源性滑模控制方法，该方法根据基尔霍夫定律分别构建串联侧和并联侧的数学模型；对构建的模型进行正负分离，获取串联侧和并联侧的dq轴正负序检测值；根据无源控制理论和数学模型建立MMC‑UPQC的EL模型；判断MMC‑UPQC的EL模型的无源性，若为严格无源，则加入滑模控制，建立电网电压不平衡条件下，串联侧和并联侧的无源性滑模控制器；利用建立的无源滑模控制器对电网电压不平衡条件下MMC‑UPQC的直流侧电容电压、电网电压不平衡条件下MMC‑UPQC的电容电压和环流进行控制。与现有技术相比，本发明具有响应时间更短、稳定性更强、控制效果更好的特点，并具有适应系统复杂变化能力强，系统参数更加精确等优点。

技术领域

本发明涉及MMC-UPQC控制技术领域，尤其是涉及一种电网电压不平衡条件下MMC-UPQC的无源性滑模控制方法。

背景技术

MMC-UQPC的控制策略主要针对电网电压平衡状态下的线性控制，存在反应速度慢，补偿效果不好，应用性较差，当系统受到扰动时，且控制参数难以确定等问题。由于存在非线性负载和大量电力电子器件，根据MMC-UPQC拓扑结构构建的动态方程是非线性的，更适合非线性控制策略如无源控制策略、滑模控制策略、微分平坦控制策略等。由于无源控制对系统的数学模型及系统参数依赖度高，很难达到最优效果，而滑模控制抖动较大，因此在电网不平衡时，特别是在中高压和模块数较多时，电压和电流的补偿和治理变得很不理想，往往难以达到令人满意效果，而电网不平衡是很常见的电网状态，因此，对电网不平衡下MMC-UPQC的非线性控制策略的研究很有必要。

现有技术在电网电压不平衡条件下对MMC-UPQC采用的无源控制方法的控制器的系数都是固定的，如中国专利CN201911106352.4的无源控制器，当负载突然增加时，适应性较差；此外，由于该专利提供的无源控制采用的是基于精确参数的模型，系统参数(如系统阻抗)会随着时间推移发生变化。装置运行过程中的各种不确定因素，将会对系统运行平衡点产生影响，从而对控制器的控制性能产生不良影响。即参数难以精确控制，导致其反应速度慢，且串并联侧补偿效果不佳，适应系统复杂变化的能力较差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电网电压不平衡条件下MMC-UPQC的无源性滑模控制方法，该方法可综合治理电压和电流的电能质量问题，设计的无源滑模控制器可解决现有无源控制系统参数难以精确控制，反应速度慢且串并联侧补偿效果不佳和滑模控制抖动较大难以平衡的问题，而结合直流侧电容电压控制和串联侧并联侧协调控制，可以很好地解决综合补偿效果不佳且反应速度慢问题，还可以快速补偿与恢复电压与电流，从而保证电能质量；且本发明还简化了控制系统的结构，加快了系统的反应速度和稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种不平衡电网电压下MMC-UPQC无源性滑模控制方法，包括以下步骤：

S1：MMC-UPQC数学模型的建立：根据MMC和UPQC的拓扑结构，基于基尔霍夫定律分别构建串联侧和并联侧的数学模型。

S2：正负序分离的dq检测法：根据坐标变换理论，先将MMC-UPQC的数学模型变换成dq旋转坐标系中，再经过正负分离，得到串联侧和并联侧的dq轴正负序检测值。

S3：MMC-UPQC的EL模型建立：根据无源控制理论和S1的数学模型，搭建电网电压不平衡条件的EL模型。

S4：串联侧和并联侧的无源性滑模控制器设计：根据S3的EL模型，判断其无源性，若为严格无源，再根据滑模控制理论，在无源E-L模型的基础上加入滑模控制，则建立电网电压不平衡条件下MMC-UPQC无源性滑模控制器。

S5：直流侧电容电压控制：利用无源控制器对电网电压不平衡条件下 MMC-UPQC的直流侧电容电压进行控制。