[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

说明书

本发明提供了一种基于状态观测器的UPQC最优输出跟踪控制方法及装置，以系统状态作为变量，以串并联变流器的输出电压作为控制输入及负载电压和电源电流作为系统被控输出，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；基于数学模型，计算负载电压和电源电流的系统被控输出参考值；建立电源电压和负载电流的状态观测器，对谐波电压和电流进行观测，补偿谐波电压和电流；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，并将最优控制量作为数学模型的控制输入量。本发明使串并联变流器配合以提供统一、协调的电能质量调节功能，且最优输出跟踪控制在三相abc坐标下实现，无需进行dq转换，易于工程实现。

技术领域

本发明属于电能质量调节控制技术领域，特别涉及一种基于状态观测器的UPQC最优输出跟踪控制方法及装置。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的发展和应用，配电网中的整流器、逆变器、电弧炉、电气化铁路等非线性负荷不断增加，引起了电网电压和电流波形发生畸变，造成电网的谐波污染。另一方面，冲击性负载和无功补偿不足会引起电网电压跌落和闪变，会影响社会的日常生活和正常生产，特别是在重要和精密的企业生产过程中，电能的中断或波动将带来巨大的经济损失。为了解决日趋严重的电能质量问题，各种电能质量控制技术应运而生，而安全可靠、清洁高效的智能电网建设步伐的加快，更对电能质量和电能利用效率提出了更高的要求。统一电能质量调节器(Unified power quality conditioner，UPQC)由串联型有源滤波器和并联型有源滤波器组合而成，首次出现于1996年日本学者Akagi在分析有源滤波器发展新趋势的一文中，能对电压和电流质量进行综合补偿，是功能最为全面的DFACTS(Distribution flexible AC transmission system)技术装置，将是未来高效治理和改善电能质量问题的首选模式。

UPQC的补偿控制策略是决定其电能质量治理效果的关键因素。对于基于电压源换流器结构的UPQC而言，期望的控制目标是通过适当的电压补偿环节，使得电网能为负载提供稳定的正序基波电压，同时为了使电网免受或少受非线性负载的影响，通过适当的电流补偿环节使网侧电流只包含正序基波成分。近年来，国内外学者针对此问题已开展了相关研究。基于傅里叶变换的频域分析方法由于存在延时和计算量复杂的问题，相关的研究和应用的偏少。在时域分析方法中，目前应用较为广泛的是瞬时功率理论和同步参考坐标法。这两种方法分别将电压电流信号转换到pq坐标系和dq坐标系下来分离基波和谐波分量，从而得到电压和电流的补偿量。除此之外，基于人工智能算法UPQC电流控制策略可以提高控制系统的计算精度并加快响应速度，但工程实现较难。实际上，UPQC中的串联和并联两部分滤波单元只有协同工作才能达到期望控制目的，因此，UPQC的控制策略中必须考虑其串并联单元的相互影响。目前已有学者在UPQC控制中加入了一定的协调策略，但未在本质上有所突破，很难保证UPQC的串并联单元能够完全发挥出各自对相关电能质量问题的解决能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于状态观测器的UPQC最优输出跟踪控制方法及装置，用于解决统一电能质量调节器UPQC的串并联变流器不能很好的配合以提供统一、协调的电能质量调节功能的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于状态观测器的UPQC最优输出跟踪控制方法，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；