变结构控制在统一潮流控制器中的应用研究

摘要

柔性交流输电技术(Flexible Alternating Current Transmission Systems，简称FACTS)是利用大功率电力电子元器件构成的自动控制装置控制或调节交流电力系统的运行参数和/或网络参数来优化电力系统的运行状态，提高电力系统的输电能力的技术。统一潮流控制器(UPFC)是第三代FACTS装置，也是目前功能最为强大的FACTS控制器之一，它既可以实现对整个输电线路的电压控制，还能够对线路有功和无功潮流实现控制，维持电容电压的稳定。论文详细介绍了FACTS和UPFC理论研究和应用现状。本文所做的工作主要分为以下三个方面:
　　首先介绍了电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基本原理，介绍了SVPWM的开关状态及在给定的目标正弦电压下对应的基本矢量作用时刻和作用时间，最后仿真验证了其合理性。
　　其次运用状态反馈精确线性化条件验证了UPFC并联侧在αβ坐标系下的数学模型能够进行状态反馈线性化处理，将并联侧的动态数学模型精确线性化转化为Brunovsky标准型，另外，计算得出含直流侧电容的UPFC串联侧在αβ坐标系下的数学模型不能进行状态反馈线性化处理，为此将串联侧的数学模型进行输入-输出线性化，得到了含两个约束方程的Brunovsky标准型，最后构造了适合的输出函数使UPFC在αβ坐标系下的七阶非线性系统能够进行状态反馈精确线性化，转化为简单的线性系统。
　　最后对UPFC并联侧、串联侧和UPFC本身设计了它们的变结构控制器，并对所设计控制器的抗干扰能力进行了分析，同时给出了控制系统的平衡点求取方法，最后对所设计的三种控制器进行了仿真验证，实现了UPFC控制线路潮流、输电线路电压的功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 FACTS技术的发展与局限性

1．2．1 FACTS技术的发展历程

1．2．2 FACTS技术的局限性

1．3 UPFC的概念、应用及研究现状

1．3．1 UPFC的提出

1．3．2 UPFC的实际应用

1．3．3 UPFC的理论研究现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 UPFC的工作原理和非线性控制理论

2．1 UPFC工作原理

2．1．1 并联换流器的工作原理

2．1．2 串联换流器的工作原理

2．2 UPFC的数学模型

2．2．1 UPFC稳态模型

2．2．2 UPFC暂态模型

2．3 变结构控制理论

2．3．1 变结构系统原理

2．3．2 基于变结构控制的系统控制器设计

2．4 Lyapunov稳定性分析

2．5 反馈线性化原理

2．5．1 反馈线性化条件

2．5．2 状态反馈精确线性化的设计方法

2．5．3 输入-输出反馈线性化的设计方法

2．6 SVPWM技术

2．6．1 SVPWM工作原理

2．6．2 仿真分析

2．7 本章小结

第3章 UPFC的反馈线性化分析

3．1 引言

3．2 UPFC并联侧控制系统的精确线性化

3．2．1 UPFC并联侧精确线性化判别

3．2．2 UPFC并联侧状态反馈精确线性化

3．3 UPFC串联侧控制系统的精确线性化

3．3．1 UPFC串联侧精确线性化判别

3．3．2 UPFC串联侧输入-输出线性化

3．4 UPFC控制系统的精确线性化

3．4．1 UPFC精确线性化判别

3．4．2 UPFC状态反馈精确线性化

3．5 本章小结

第4章 UPFC变结构控制器设计

4．1 引言

4．2 UPFC变结构控制器设计

4．2．1 UPFC并联侧和串联侧控制器设计

4．2．2 UPFC控制器设计

4．3 UPFC抗干扰性能分析

4．4 控制系统平衡点分析

4．4．1 UPFC并联侧控制系统平衡点分析

4．4．2 UPFC串联侧控制系统平衡点分析

4．4．3 UPFC控制系统平衡点分析

4．5 仿真分析

4．5．1 UPFC并联侧控制器仿真分析

4．5．2 UPFC串联侧控制器仿真分析

4．5．3 UPFC仿真分析

4．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研项目