[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

摘要

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。

主权项

1.一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，其特征在于，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，usd和usq为牵引网电压的在d轴和q轴上的分量；ucd和ucq分别为公共连接点端口电压在d轴和q轴上的分量；id和iq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ωd＝ωLiq+usd，q轴分量ωq＝‑ωLid+usq；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；步骤2：设计一阶非线性微分跟踪器TD：针对单相STATCOM检测到的无功电流参考值iqref，采用的TD形式如下：式中，iq1和iq2分别为无功电流参考值iqref的跟踪信号和近似微分信号；h0为采样步长；h为积分步长；r为速度跟踪因子，是衡量系统响应快慢的时间尺度；fhan(*)为最速控制综合函数；步骤3：设计二阶非线性扩张状态观测器ESO：为使无功电流iq和最终控制量u来实时跟踪估计系统的状态和扰动，二阶非线性ESO设计如下：式中，为系统误差；Z₁为无功电流i_q的状态估计值；Z₂为无功电流i_q的状态估计值的近似微分；β₁、β₂为输出误差的可调参数；a为滤波因子；b为补偿因子；fel(*)为连续可微的非线性S型函数，表达式为：步骤4：设计一阶非线性状态误差反馈控制率NLSEF：为实现扰动的动态补偿，需求取误差反馈控制量u0，采用的NLSEF为：式中：fal(*)函数是最优控制函数；表达式为a为滤波因子，d为非线性因子，sgn(e)为符号函数；k为反馈控制率的比例系数；u为最终控制量；e₀为i_q1和Z₁之差，即NLSEF的输入信号；u₀为状态误差的非线性反馈控制量；b为补偿因子；其中a、d、k、b为可调参数；步骤5：获取STATCOM的开关控制信号：通过两个自抗扰控制器分别得到d轴和q轴的公共连接点端口电压分量ucd和ucq，在载波相移SPWM的调制方式下得到STATCOM的开关管通断的控制信号。