FACTS元件的非线性控制器的设计与建模仿真

论文摘要

随着电力市场化和电力负荷的不断增长,以及对电力系统安全性的更加重视,以大功率电力电子器件为基础的柔性交流输电技术(FACTS)己经成为人们研究的热点。FACTS装置可以灵活快速的控制控制系统,可以有效地提高输电容量,增强系统稳定,提高系统的可靠性和安全性。目前,各种类型的FACTS元件广泛地应用于电力系统中,在增强电力系统的可控性的同时,也增加了系统的控制难度。因此,FACTS系统的控制设计研究具有十分重要的意义。在FACTS元件的控制器设计中,有各种各样的方法,如线性最优控制、非线性系统反馈线性化方法、H∞鲁棒控制、人工神经网络控制、智能控制等。近几年来,非线性控制方法得到了极大的应用,但因为FACTS元件模型的复杂性使得非线性控制在FACTS中的应用存在很多困难。本文的主要任务就是研究FACTS装置的非线性控制器问题。主要包括以下内容:1、针对FACTS装置中具有代表性的元件,并联型元件STATCOM、串联型元件SSSC和综合型元件UPFC,根据它们在电力系统中运行的工作原理,推导出各个装置对系统进行补偿时的数学模型,分析FACTS元件的稳态特性,为控制器的设计提供依据;2、用精确线性化方法判据去判别各个元件的非线性控制系统,确定FACTS元件的非线性模型不可以精确线性化到布鲁诺夫斯基标准型,在此基础上根据系统的能量守恒特点构造出满足Lyapunov大范围渐近稳定的Lyapunov函数,运用这个函数构造出简单的STATCOM、SSSC和UPFC的线性控制系统,同时应用线性系统的反馈控制方法完成输入量的控制。3、应用软件EMTP/EMTPWorks对所设计的FACTS元件的非线性控制器进行建模仿真,选择合适的测试系统对STATCOM、SSSC、UPFC装置的控制器进行调试仿真,验证各个FACTS元件在系统中的补偿功能和特性,验证本文所设计的非线性控制器的正确性和动态响应速度,在UPFC的控制上,通过与传统的PI控制的比较来说明了本文提出的非线性控制器的优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 FACTS 的研究背景
• 1.2 FACTS 的控制技术研究
• 1.3 FACTS 的控制方法
• 1.4 本次研究工作简介及章节安排
• 第二章 FACTS 在电力系统中的工作原理和数学模型
• 2.1 FACTS 主要元件介绍
• 2.2 STATCOM 的数学模型和稳态特性
• 2.3 SSSC 的数学模型和稳态特性
• 2.4 UPFC 的工作原理和数学模型
• 第三章 非线性控制理论
• 3.1 非线性控制方法
• 3.2 非线性系统的线性化方法
• 3.3 非线性系统的精确线性化条件
• 3.4 李雅普诺夫方法
• 第四章 线性化方法在FACTS 元件控制中的应用
• 4.1 FACTS 控制系统精确线性化的判别
• 4.2 SSSC 的非线性控制
• 4.3 STATCOM 的非线性控制
• 4.4 UPFC 的非线性控制
• 第五章 FACTS 非线性控制器的建模仿真
• 5.1 仿真软件EMTP/EMTPWorks 的介绍
• 5.2 SPWM 技术
• 5.3 仿真研究
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间录用的论文