基于粒子群算法的级联七电平STATCOM自抗扰控制器优化

摘要

静止同步补偿器(STATCOM)是FACTS家族的重要装置成员之一,在世界各地正得到越来越广泛的应用。因其先进的控制性能,STATCOM已经成为世界上静止无功补偿发展研究的方向。随着装置容量变得越来越大以及对输出波形谐波频谱要求更高的基础上,多电平STATCOM主电路成为未来的发展方向。
　　 本文以多电平STATCOM为主线,首先介绍了STATCOM的研究背景和国内外的研究现状,然后分析了各种多电平STATCOM的主电路拓扑结构和工作原理,着重介绍了级联H桥型多电平拓扑结构及工作状况,继而提出了本文的级联H桥型七电平STATCOM的主电路结构。该电路结构简单,各个H桥具有相同的结构,易于实现电路的模块化和封装。在此基础上,应用输入输出建模的方法,导出了级联七电平STATCOM的数学模型,为STATCOM的控制和仿真奠定了理论基础。由于电力系统是一个强耦合的非线性系统,其各种负载时刻在变化。针对STATCOM非线性的特点,本文采用了自抗扰控制方法,提出了级联七电平STATCOM自抗扰控制器,对控制器的求解采用了基于粒子群算法对控制器进行优化,克服了传统的试凑求解控制器的弊端,提高了控制器参数寻优的科学性。最后在MATLAB下建立了STATCOM的仿真模型。仿真结果表明,该优化算法,在三相不对称负载情况下,系统具有良好的补偿特性；在同样的参数对比下,通过对基于粒子群的自抗扰控制器、传统试凑自抗扰控制器以及基于粒子群的PI控制器进行仿真对比,得出基于粒子群优化的自抗扰控制器在参数摄动的条件下具有较小的超调和优良的动态响应特性,提高了系统的鲁棒性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 STATCOM的研究现状及其意义

1.2.1 STATCOM国内外的发展现状概况

1.2.2 STATCOM研究的意义

1.3 STATCOM研究的重点及难点

1.4 本文研究的主要工作及安排

第二章 多电平STATCOM主电路拓扑结构的研究

2.1 引言

2.2 通用型多电平拓扑

2.3 二极管箝位型多电平拓扑

2.3.1 传统二极管箝位型多电平拓扑

2.3.2 改进的二极管箝位型多电平拓扑

2.3.3 单电源二极管箝位型级联多电平拓扑

2.4 电容箝位型多电平变流器

2.4.1 传统电容箝位型多电平拓扑

2.4.2 单电源电容箝位型级联多电平拓扑

2.5 级联H桥多电平拓扑

2.6 本章小结

第三章 七电平STATCOM工作原理分析与建模

3.1 引言

3.2 STATCOM的结构

3.3 STATCOM无功补偿原理

3.4 级联七电平STATCOM的数学模型

3.4.1 abc坐标系下的数学模型

3.4.2 dq0坐标系下数学模型

3.5 小结

第四章 基于粒子群的级联七电平STATCOM自抗扰控制器优化设计

4.1 引言

4.2 自抗扰控制器概况及其原理简介

4.2.1 跟踪微分器TD

4.2.2 扩张状态观测器(ESO)

4.2.3 非线性反馈控制律(NLSEF)

4.3 基于粒子群的级联七电平STATCOM自抗扰控制器设计

4.4 基于粒子群的自抗扰控制器优化设计

4.4.1 粒子群算法基本原理

4.4.2 PSO-ADRC优化流程

4.5 基于PSO-ADRC控制器的七电平STATCOM系统仿真

4.6 本章小结

第五章 全文工作总结与展望

5.1 工作总结

5.2 未来工作展望

参考文献

致谢

附录