孤立風(fēng)柴混合電力系統(tǒng)的滑模靜止無(wú)功補(bǔ)償器建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及新能源電力系統(tǒng)靜止無(wú)功補(bǔ)償器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是涉及一種孤立風(fēng)柴 混合電力系統(tǒng)的滑模靜止無(wú)功補(bǔ)償器建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)境的惡化和化石能源的短缺，節(jié)能減排，加快發(fā)展可持續(xù)的清潔能源成為 全球發(fā)展的重要戰(zhàn)略。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的成熟，風(fēng)電的迅速發(fā)展成為世界范圍內(nèi)極具規(guī) 模并且商業(yè)性發(fā)展前景最好的新能源發(fā)電方式。其中風(fēng)柴互補(bǔ)的獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)可以解決海 島和邊遠(yuǎn)村落的供電問(wèn)題，風(fēng)力系統(tǒng)在風(fēng)力充足且滿(mǎn)足負(fù)載要求小于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出 時(shí)，由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)供電，在無(wú)法滿(mǎn)足負(fù)載要求時(shí)啟動(dòng)柴油機(jī)補(bǔ)充供電。另外由于風(fēng)的 隨機(jī)性、間歇性，會(huì)對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定造成一定的影響，甚至?xí)斐上到y(tǒng)電壓崩潰，因此風(fēng)電 場(chǎng)中無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題伴隨著風(fēng)電的迅速發(fā)展和風(fēng)電裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大而逐漸成為研究的 熱點(diǎn)。而靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC)可以動(dòng)態(tài)的向電網(wǎng)注入感性或容性無(wú)功功率，快速的抑制 電壓擾動(dòng)，非常適合風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償，所以改進(jìn)SVC的控制策略來(lái)進(jìn)一步提高電力系統(tǒng) 的暫態(tài)穩(wěn)定性已成為當(dāng)今電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要研究課題。
[0003] 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了不同的SVC控制策略，如PI、自適應(yīng)、模糊、滑模、遺 傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，來(lái)進(jìn)一步改善電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)品質(zhì)并取得了相關(guān)的 石開(kāi)究成果。文南犬"TuningofSVCproportional-integraldampingcontrollerto enhancepowersystemsdynamicstability，ELLITHYK，SAIDS，NorthAmericanPower Symposium"針對(duì)單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)設(shè)計(jì)了能增加電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的靜止無(wú)功補(bǔ)償器的 PI阻尼控制器，利用極點(diǎn)配置法確定PI控制器的增益值，但其不足是將傳統(tǒng)的PI控制器應(yīng) 用于SVC這個(gè)非線(xiàn)性復(fù)雜系統(tǒng)中，無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足快速性和穩(wěn)定性，無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)SVC的輸出 阻抗的精確控制。文獻(xiàn)"靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器魯棒控制的一種新自適應(yīng)逆推方法，付俊，趙軍等， 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006"針對(duì)含有未知參數(shù)帶有SVC的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，結(jié)合PI控制和一 種新型自適應(yīng)逆推方法設(shè)計(jì)了SVC附加控制器，該法雖然提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但對(duì)于實(shí) 際復(fù)雜的系統(tǒng)及新能源發(fā)電系統(tǒng)并未給出相應(yīng)的研究。文獻(xiàn)"SVC的模糊變結(jié)構(gòu)控制對(duì)電 力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，劉瑞葉，劉寶柱，繼電器，2001"針對(duì)在輸電線(xiàn)上裝設(shè)SVC的單機(jī)無(wú)窮 大系統(tǒng)，采用模糊變結(jié)構(gòu)對(duì)SVC進(jìn)行控制，進(jìn)而改善系統(tǒng)的阻尼特性，抑制暫態(tài)響應(yīng)中的電 壓波動(dòng)但需，要結(jié)合自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)且并未考慮多電源供電時(shí)SVC的控制效果。文 獻(xiàn)"SVC與發(fā)電機(jī)附加勵(lì)磁模糊變結(jié)構(gòu)綜合控制的研究，劉瑞葉，劉寶柱，繼電器，2002"則 是針對(duì)多機(jī)互聯(lián)的電力系統(tǒng)，對(duì)其中的SVC和發(fā)電機(jī)進(jìn)行附加勵(lì)磁模糊變結(jié)構(gòu)控制器的設(shè) 計(jì)，該法雖可改善電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定和暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，但缺點(diǎn)是將SVC簡(jiǎn)化為一階慣 性環(huán)節(jié)，忽略了導(dǎo)通角的限幅環(huán)節(jié)和觸發(fā)角的延遲環(huán)節(jié)等并沒(méi)有真實(shí)的反映SVC的控制效 果。文獻(xiàn)"基于模糊-PI控制的SVC電壓控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，戴元海，彭建春等，測(cè)控技 術(shù)，2009"針對(duì)開(kāi)環(huán)的單機(jī)供電系統(tǒng)提出了用模糊-PI進(jìn)行對(duì)SVC控制器的設(shè)計(jì)，該文獻(xiàn)采 用DSP為主控芯片對(duì)SVC軟硬件的設(shè)計(jì)，但從其仿真波形來(lái)看，改進(jìn)前后波形沒(méi)有明顯的變 化，其控制效果不明顯。文獻(xiàn)"靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器的智能自適應(yīng)PID控制器設(shè)計(jì)，彭建春，黃純 等，湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，1990"針對(duì)含SVC的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)提出了自適應(yīng)反步法，完整保留了 系統(tǒng)的非線(xiàn)性特性并且提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，突破了經(jīng)典的確定性、等價(jià)性原理，但是自 適應(yīng)控制開(kāi)始階段不一定能保證穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)精確跟蹤輸入需要一定時(shí)間，無(wú)法處理非線(xiàn)性 結(jié)構(gòu)變化系統(tǒng)，不具備工程應(yīng)用的可行性。文獻(xiàn)"阻尼聯(lián)絡(luò)線(xiàn)低頻振蕩的SVC自適應(yīng)模糊 控制器研究，楊曉東，房大中等，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003"提出遺傳算法結(jié)合禁忌搜索彌補(bǔ) 其缺點(diǎn)，進(jìn)而基于結(jié)合算法提出PSS和SVC的協(xié)調(diào)措施。文獻(xiàn)"基于模糊混合進(jìn)化算法的 多個(gè)FACTS元件協(xié)調(diào)控制，劉青，李麗英等，電力自動(dòng)化設(shè)備，2010"將模糊理論、協(xié)同進(jìn)化 算法和免疫算法相結(jié)合求解SVC裝置的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，多個(gè)控制器之間保持很好的阻尼振 蕩特性。文獻(xiàn)"基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SVC電壓穩(wěn)定性控制馬兆興，萬(wàn)秋蘭等，電力系統(tǒng)保護(hù)與控 制，2011"提出新型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制結(jié)構(gòu)，維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。這些智能控制的優(yōu)點(diǎn)是 結(jié)合人工智能理論，具有自學(xué)習(xí)能力，適合處理非線(xiàn)性、不確定性問(wèn)題，提高了SVC的自適 應(yīng)能力和魯棒性，但目前智能技術(shù)本身仍有大量基礎(chǔ)問(wèn)題需要解決，仍處在研究階段。
[0004] 滑?？刂茖?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且其對(duì)滿(mǎn)足匹配條件的外界干擾、模型的不確定性和未建模 動(dòng)態(tài)具有不變性，因此可以用來(lái)解決電力系統(tǒng)中的功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定問(wèn)題。文獻(xiàn)"靜止無(wú) 功補(bǔ)償器的非線(xiàn)性灰色滑?？刂蒲芯浚爬^偉，王奔等，電氣應(yīng)用，2007"針對(duì)單機(jī)無(wú)窮大系 統(tǒng)，提出了非線(xiàn)性灰色滑?？刂芐VC來(lái)有效減弱滑模控制系統(tǒng)存在的"抖動(dòng)"，以改善系統(tǒng) 的暫態(tài)穩(wěn)定性；文獻(xiàn)"SVC的模糊滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)，王勇，肖仁山，廣西電力，2003"采用模 糊滑模來(lái)控制SVC以改善系統(tǒng)的功角穩(wěn)定。這些方法雖然改善了系統(tǒng)的功角穩(wěn)定，也削弱 了一般變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的抖振現(xiàn)象，但他們的研究對(duì)象都是單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，也均未考慮 新能源發(fā)電如風(fēng)電接入后對(duì)系統(tǒng)電壓的影響。文獻(xiàn)"考慮模型不確定性和時(shí)延的靜止無(wú)功 補(bǔ)償器自適應(yīng)滑模控制器設(shè)計(jì)，王曦，王渝紅，物理學(xué)報(bào)，2014"針對(duì)SVC的模型不確定性和 時(shí)延問(wèn)題提出了自適應(yīng)滑模控制方法來(lái)提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，但其問(wèn)題同樣是針對(duì)傳統(tǒng) 的電力系統(tǒng)而言，而沒(méi)有對(duì)新能源發(fā)電系統(tǒng)的情況進(jìn)行研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種針對(duì)風(fēng)柴混合 電力系統(tǒng)的、對(duì)于SVC等效時(shí)間常數(shù)不確定性等外界干擾具有魯棒性的孤立風(fēng)柴混合電力 系統(tǒng)的滑模靜止無(wú)功補(bǔ)償器建立方法。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種孤立風(fēng)柴混合電力系統(tǒng)的滑模靜止無(wú)功補(bǔ)償器建立方法，其特征在于，包括 以下步驟：
[0008] (1)建立傳統(tǒng)SVC數(shù)學(xué)模型的閉環(huán)狀態(tài)方程：
[0009]
[0010] 其中，x= [ABsvcB'svcAa]T，U為控制變量，系統(tǒng)矩陣
，_輸 入矩陣
，輸出矩陣CQ= [0 1 0]，w=AVraf-AV，AVraf為電壓 偏差量的參考值，AV為電壓偏差的實(shí)際值，KR為無(wú)功調(diào)節(jié)器的增益，TR為調(diào)節(jié)器的時(shí)間常 數(shù)，Ka為晶閘管觸發(fā)增益，Ta為晶閘管觸發(fā)延遲時(shí)間，T,為三相系統(tǒng)中過(guò)零點(diǎn)處SVC的平 均死區(qū)時(shí)間，B'sve為SVC的無(wú)功電納，ABsve為無(wú)功電納的變化量，Aa為晶閘管觸發(fā)角的 變化量；
[0011] (2)根據(jù)步驟（1)建立的狀態(tài)方程設(shè)計(jì)滑模切換面s=Cx，其中C為常數(shù)矩陣；
[0012] (3)利用步驟（2)建立的滑模切換面s，給定電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)條件，設(shè)計(jì)滑 ?？刂破鱱= (CB)J-CAx-CPw-esgn(s)_ks]，其中，常數(shù)e、k為趨近速度，e> 0,k> 〇 ；
[0013] (4)將滑模控制器u作為附加控制器加入SVC控制系統(tǒng)中，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行滑模無(wú) 功補(bǔ)償控制。
[0014] 所述的步驟（1)中，（A，B)完全可控。
[0015] 所述的步驟（2)包括以下步驟：
[0016] (2-1)將A，B分塊得到
A21= [0 0]，
[0017](2-2)計(jì)算An的極點(diǎn)p丨=[入丨，入2];
[0018] (2-3)計(jì)算狀態(tài)反饋矩陣K=place(An，A12,pD，其中，place為魯棒特征結(jié)構(gòu)極 點(diǎn)配置函數(shù)；
[0019] (2-4)取C= [K，IJ，建立滑模切換面s=Cx，其中，I:為單位陣。
[0020] 所述的步驟⑷中，將設(shè)計(jì)的滑?？刂破骰?jiǎn)為u=Hx+nw+msgn(s)，其中H 1 1 1fhs>0 =- (CB) :(CA+kC)，n= _(CB) :CP，