FACTS元件的非线性控制器的设计与建模仿真

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、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。