[发明专利]一种非线性统一潮流控制器的控制方法

说明书

本发明公开了一种非线性统一潮流控制器的控制方法，包括：建立统一潮流控制器在dq坐标系下的数学模型，其电压源换流器采用脉宽调制控制方式，建立仿射非线性系统的数学模型；选择输出函数、非线性坐标变换和状态反馈方程，将统一潮流控制器的五阶非线性系统转化为布鲁诺夫基标准线性系统；针对建立的布鲁诺夫基线性系统，采用线性极点配置方法设计统一潮流控制器内部潮流控制器。本发明针对传统线性控制器的性能可能因运行点大范围变化而恶化的缺陷，考虑统一潮流控制器的非线性特性，提出了一种基于微分几何状态反馈精确线性化理论的非线性最优控制方法，可扩展应用于所有基于电压源变换器的交流柔性输电系统装置。

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化领域，特别涉及一种非线性统一潮流控制器的控制方法。

背景技术

现代化电力系统发展迅速，一方面尽可能满足全社会对电能的需求，保证社会经济的高速发展，另一方面也带来一系列挑战，如系统规划与资源配置优化问题、大电网的安全稳定运行问题、潮流控制和经济调度问题等，其中如何最大限度地提高电网输送容量、提高系统稳定性和可靠性、有效限制系统短路电流水平这几个问题已越来越突出并备受关注。现有的交流输电系统在传统机械式控制方法下难以满足潮流控制和提高输电容量的需要。20世纪70年代后，以大功率器件为基础的电力电子技术发展迅猛，并与计算机信息技术和控制理论相结合，为解决上述问题提供了一个新的方向。

柔性交流输电系统技术可以对电网进行快速、频繁、连续、灵活和精确的控制，从而与发电机的各种快速控制相匹配，大大提高了电力系统的潮流控制能力和各种动态性能，从而将传统的依赖于机械开关的“硬性”交流输电系统升级为融合大功率电力电子技术、计算机信息技术和先进控制技术的“柔性”交流输电系统。在柔性交流输电系统装置中，并联型静止同步补偿器(STATCOM)的能向系统提供无功补偿以维持节点电压，但控制线路潮流能力较弱；而静止同步串联补偿器(SSSC)能向系统提供串联电压补偿以控制线路潮流，但无法提供并联无功电流补偿；两者各有自己的优缺点。统一潮流控制器(UnifiedPower Flow Controller，UPFC)综合了静止同步补偿器和静止同步串联补偿器两种装置的优点，既有补偿线路电压、控制潮流的能力，又有补偿无功电流、维持节点电压的功能，因此迅速成为了学术界的研究热点。

统一潮流控制器还发展出了一个并联型静止同步补偿器和静止同步串联补偿器都不具备的关键功能，即吞吐有功功率的能力。独立的静止同步补偿器和静止同步串联补偿器只能吸收和发出无功功率但在没有附带储能装置的情况下都无法与系统交换有功功率；在统一潮流控制器中并联侧静止同步补偿器和串联侧静止同步串联补偿器通过直流电容背靠背连接，这为有功功率的交换提供了通道，使得串联侧和并联侧在独立吸收和发出无功功率的同时，还可以吸收和发出有功功率，但前提是要保证串并联两侧有功功率的平衡，这样统一处理控制器就实现了在功率图上的四象限运行。

由于统一潮流控制器和电力系统本质上都是非线性系统，目前的统一潮流控制器最优控制设计中大多采用近似线性化方法或缺乏严格数学依据的智能化方法，没有精确计及统一潮流控制器的非线性特性，在对统一潮流控制器进行精确线性化控制设计时做了不同程度的简化，线性化过程不够完整，导致在运行点大范围变化时容易导致控制器性能恶化甚至失去稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非线性统一潮流控制器的控制方法，改善统一潮流控制器的非线性特性，使其在运行点大范围变化时稳定运行。

实现本发明目的的技术方案为：一种非线性统一潮流控制器的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立统一潮流控制器在dq坐标系下的数学模型，其电压源换流器采用脉宽调制控制方式，建立统一潮流控制器的仿射非线性系统的数学模型；

步骤2，根据步骤1中建立的仿射非线性系统的数学模型，选择输出函数、非线性坐标变换和状态反馈方程，将统一潮流控制器的五阶非线性系统转化为布鲁诺夫基标准线性系统；