[发明专利]一种基于状态观测器的UPQC最优输出跟踪控制方法及装置

权利要求书

1.一种基于状态观测器的UPQC最优输出跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)以电源电流、串联变流器补偿电压、串联变流器交流侧电流、并联变流器补偿电流及负载电压作为系统状态变量，以串联变流器和并联变流器的输出电压作为控制输入，以负载电压和电源电流作为系统被控输出，及以电源电压和负载电流作为系统的外部干扰输入量，建立UPQC的数学模型；

2)基于所述数学模型，计算负载电压和电源电流的系统被控输出参考值；

3)建立电源电压和负载电流的状态观测器，利用状态观测器对谐波电压和电流进行观测，补偿谐波电压和电流；

4)以二次平均性能指标最小为目标，寻求最优控制，得到最优控制量，从而将负载电压和电源电流补偿到正常值，并将所述最优控制量作为所述数学模型的控制输入量；

步骤4)中所述二次平均性能指标表示为：

其中，q₁，q₂，r₁，r₂分别为待定正参数；

Q和R为正定矩阵，e(t)为输出误差，y(t)为系统被控输出量，y^*(t)为系统被控输出参考值，u(t)为最优控制量，λ(t)为最优控制哈密尔顿函数中的拉格朗日乘子。

2.根据权利要求1所述的基于状态观测器的UPQC最优输出跟踪控制方法，其特征在于，步骤1)中所述UPQC的数学模型表示为：

其中，

x为系统状态变量，表示为x＝[i_s i₁ i₂ v_c v_L]^T，u为系统控制输入，表示为u＝[u₁u₂]^T；y为系统被控输出y＝[i_s v_L]^T，d为系统外部干扰输入，表示为d＝[v_s i_L]^T；i_s为电源电流，v_c为串联变流器补偿电压，i₁为串联变流器交流侧电流，i₂为并联变流器补偿电流，v_L为负载电压，v_s为电源电压，i_L为负载电流，u₁为串联变流器输出电压，u₂为并联变流器输出电压，R_s和L_s为线路阻抗，L_i和C_i分别为串联侧和并联侧出口处LC滤波器值，R_i为电抗等效电阻，i＝1,2。

3.根据权利要求1所述的基于状态观测器的UPQC最优输出跟踪控制方法，其特征在于，步骤1)中所述外部干扰输入量表示为：

其中，V_s和V_sk为电网基波和各次谐波电压幅值，ΔV_s和ΔV_sk为电网基波和各次谐波电压跌落幅值，θ_sk为对应的谐波电压相角；I_L和I_Lk为负载基波和各次谐波电流幅值，θ_L和θ_Lk为各次谐波时对应的功率因数角，ω为系统角频率，k＝2……。

4.根据权利要求1所述的基于状态观测器的UPQC最优输出跟踪控制方法，其特征在于，步骤2)中所述系统被控输出参考值表示为：

其中，

为期望电压，为期望电流，V_s和V_sk为电网基波和各次谐波电压幅值，I_L和I_Lk为负载基波和各次谐波电流幅值，ω为系统角频率，θ_L为电网基波时对应的功率因数角，θ_Lk为各次谐波时对应的功率因数角，k＝2……。