STATCOM与发电机励磁非线性控制器设计
发电机励磁控制系统的设计
发电机励磁控制系统的设计
发电机励磁控制系统是电力系统中的重要组成部分，其设计需要考虑以下几个方面：
1. 励磁系统的控制方式：励磁系统的控制方式可以采用模拟控制或数字控制。
模拟控制方式采用模拟电路实现控制，具有简单、易实现的特点，但精度较低；数字控制方式采用数字信号处理器或可编程逻辑控制器实现控制，具有精度高、灵活性好的特点，但需要更多的编程和调试时间。
2. 励磁系统的调节性能：励磁系统需要具备一定的调节性能，包括励磁电流的调节、发电机端电压的调节等。
需要根据实际需要设计调节范围和调节精度。
3. 励磁系统的响应速度：励磁系统的响应速度需要满足电力系统的要求。
在系统发生故障时，励磁系统需要快速响应并调节发电机端电压，以保证电力系统的稳定性和可靠性。
4. 励磁系统的保护功能：励磁系统需要具备一定的保护功能，包括过流保护、过压保护、欠流保护等。
在发生故障时，励磁系统需要快速切断励磁电流，以保护发电机的安全。
5. 励磁电源的控制策略：在发电机运行过程中，励磁电源的控制策略需要根据实际情况进行设计。
例如，在发电机启动时，需要采用软启动控制策略，以避免励磁电源对发电机端电压的影响。
根据以上考虑，可以设计出一套基于数字控制的发电机励磁控制系统。
该系统采用数字信号处理器作为控制核心，通过采集发电机的电压、电流等信息，实现对励磁电流的精确控制。
同时，该系统还具备快速响应和保护功能，可以在发生故障时及时切断励磁电流，保护发电机的安全。
此外，该系统还可以根据实际需要，灵活地设置调节范围和调节精度，以满足不同的运行需求。
statcom课程设计
statcom课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握STATCOM（静态同步补偿器）的基本原理、功能、应用及其控制系统的设计与分析。
通过本课程的学习，学生应能够：1.描述STATCOM的定义、工作原理和主要组成部分。
2.解释STATCOM的工作特性，包括其对电力系统的电压调节、无功功率控制和电力因数改善等方面的作用。
3.分析并设计STATCOM的控制系统，包括PID控制、状态反馈控制和自适应控制等。
4.评估STATCOM在不同电力系统中的应用和性能，如风力发电系统、电力负荷平衡和电力质量改善等。
二、教学内容本课程的教学内容将根据教学目标进行选择和，确保内容的科学性和系统性。
具体教学大纲如下：1.引言：介绍STATCOM的定义、功能和应用领域，概述本课程的学习目标和内容安排。
2.STATCOM的基本原理：讲解STATCOM的工作原理、主要组成部分及其工作特性。
3.STATCOM的控制系统设计：介绍STATCOM控制系统的分类和原理，讲解PID控制、状态反馈控制和自适应控制等设计方法。
4.STATCOM的应用案例分析：分析STATCOM在风力发电系统、电力负荷平衡和电力质量改善等方面的应用和性能。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握STATCOM的基本原理、功能和应用。
2.讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神。
3.案例分析法：分析实际应用案例，使学生更好地理解STATCOM的工作原理和控制方法。
4.实验法：安排实验室实践环节，让学生亲自动手进行STATCOM控制系统的模拟和调试。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用国内外优秀的STATCOM相关教材，作为学生学习的基础资料。
2.参考书：推荐学生阅读相关的电力电子、电力系统自动化和控制理论等方面的参考书，以拓展知识面。
基于Hamilton能量理论的含STATCOM的非线性控制器设计
Ｖｏ １ ． ２ ８ Ｎ ｏ ． ３
２ ０ １ ３年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ．２ Ｏ １ ３
文章编号 ： ２ ０ ９ ５— ４ ７ ６ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ３— ０ ０ ７ ５— ０ ４
基于 Ｈ ａ ｍ ｉ ｌ ｔ ｏ ｎ能量理论的 含Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ 的 非 线 性 控制 器设 计
Ｃｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｓ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｓ ｔ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ．
Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ接 入 点 电压 的暂 态稳 定性．
关 键词 ： 静 止 同步补偿 器 ； Ｈ ａ ｍ ｉ ｌ ｔ ｏ ｎ能量 函数 ； 单机 无 穷 大 系统 ； 非线 性控 制
中图分 类号 ： Ｔ Ｍ ７ １ ４ ． ３ 文 献标 志码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： ｉ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５— ４ ７ ６ Ｘ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ １ ７
魏 云 冰 ， 杨 位 杰
（ 郑 州轻 工业 学 院 电气信 息工程 学 院 ，河 南 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ ２ ）
摘要 ： 针对含有静止 同步补偿器（ Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ） 的单机无穷大 系统 ， 对其 同步发 电机建立实用的数学模
型． 从 能量 的观 点 出发 ， 应 用 能量 函数理 论 构造 Ｈ ａ ｍ ｉ ｌ ｔ ｏ ｎ能量 函数 ， 设计 了Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ 接入 点 电压 与
基于非线性控制策略的智能电网DSTATCOM模型研究
电阻尺与电感 连ｃ Ｄ Ｔ Ｔ Ｏ ， Ｓ Ａ Ｃ Ｍ的电流 。 流 为 直
点ｌ ２ １ 。但是， 前的Ｄ Ｔ Ｔ Ｏ 装置存在控制器精确 目 ＳＡ Ｃ Ｍ 度低 ，难 以快速 适应 负荷变化 导致 控制效 果不 够理
Ｚ Ｅ Ｇ ＤＡ Ｎ 智 ＨＩ Ｎ ＩＮ ＷＡ Ｇ Ｎ
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＿｜
基于 非线性控制 策略 的智能 电网
ＤＳ ＡＴ Ｍ 模 型 研 究 Ｔ Ｃ０
郝海斌 唐 小娜ｚ郭怀德２ ， ，
（． １西安理 工 大学 ， 陕西 西安
＿ ｜ ．摘
７０４ ；． 电力职 工培训 中心 ， １０ ８２陕西 陕西 西安
长足 的进步 ．其 中应 用较 广 的为配 电系统静 止无 功 补偿 器 （ＳＡ Ｃ Ｍ） Ｓ Ａ Ｃ Ｍ是 一 种 提 高 电力 Ｄ Ｔ Ｔ Ｏ 。Ｄ Ｔ Ｔ Ｏ 系统 电能 质量 的有效 手段 ，也是 电 网智 能化 的一类 重要装置 Ｓ Ａ Ｃ Ｍ具有 动态 响应速度 快 ． ＤＴ ＴＯ 响应 时 间短 ， 波 抑制 能力 强 ， 制 电压 波 动与 闪 变 ， 可 谐 抑 并 以较 好地 对负荷 的无功 功率 变化进 行动态 补偿 等优
种控制 策略进 行控制 器 的研制 。
图 １ 采 用 三 电平 ＮＰ Ｃ逆变 器 的 三 相 四线 制 Ｄ Ｔ Ｔ ＯＭ主 电 路 ＳＡ Ｃ
收 稿 日期 ：０ ９ １— ２ ２０—２０
作者简介： 郝海斌 （ ９ ４ ）男 ， １８ 一 ， 陕西延安人 ， 硕士研究生 ， 研究方 向为电能质量与柔性输电技术
近几 年来 配 电系统 的电能 质量控 制技术 得到 了
１ 三电平Ｄ Ｔ Ｔ ＯＭ的状态 空间模型 Ｓ Ａ Ｃ
静止同步补偿器(STATCOM)仿真和研究设计
摘要电能质量的问题，尤其是无功功率和谐波的问题，严重威胁着电网的安全运行。
静止同步补偿器（STATCOM），作为新一代无功功率补偿装置，它与现有的静止无功补偿装置(SVC)相比，具有调节速度更快、运行范围更宽、吸收无功连续、谐波电流小、损耗低、所用电抗器和电容器容量及安装面积大为降低等优点，引起了国内外科研与工程领域的广泛关注。
论文通过对STATCOM的现状和发展趋势，无功的产生和影响，无功补偿的意义的分析，进行了STATCOM工作原理的研究，并建立了STATCOM的数学模型，采用基于瞬时无功功率理论的检测方法，选择合适的控制策略，在PSCAD/EMTDC环境下进行了仿真分析，得出仿真后的波形。
仿真结果表明STATCOM能够对负荷进行快速地无功补偿，证实本模型算法的合理性、正确性，具有一定的参考价值。
关键词：无功补偿；静止同步补偿器；瞬时无功； PSCAD/EMTDC；ABSTRACTThe problem of electric energy quality menaces seriously the safe operation of power network, especially reactive power and harmonics. The static synchronous compensator (STATCOM), takes the new generation reactive power compensation system, it compares with existing static idle work compensation system (SVC), has the adjustable speed to be quicker, the movement scope to be wider, the absorption idle work, the harmonic current small, to lose continuously low, uses the reactor and the capacity of condenser and the erection space to reduce and so on merits greatly, has caused the domestic and foreign scientific research and the project domain widespread attention.The paper through to the STATCOM present situation and the trend of development, the idle work production and the influence, the idle work compensation's significance's analysis, has conducted the STATCOM principle of work research, and has established the STATCOM mathematical model, uses based on the instant reactive power theory examination method, chooses the appropriate control policy, has carried on the simulation analysis under the EMTDC/PSCAD environment, after obtaining the simulation profile. The simulation result indicated that STATCOM can shoulder carries on fast the idle work compensation, confirmed that this model algorithm's rationality, the accuracy, have certain reference value.Keywords: Reactive power compensation; STATCOM; Instantaneous reactive; PSCAD/EMTDC;目录1 绪论 (1)1.1引言 (1)1.2论文研究背景和研究的意义 (1)1.3无功功率 (3)1.4无功补偿的意义 (3)1.5主要无功补偿装置及其工作原理 (5)1.5.1 并联电容器 (6)1.5.2 同步调相机(Synchronous Condenser-SC) (6)1.5.3 静止型无功补偿装置(Static Var Compensator-SVC) (7)1.6 STATCOM研究现状和发展趋势 (9)1.6.1 STATCOM研究现状 (9)1.6.2 STATCOM发展趋势 (10)1.7本文研究的主要内容 (11)2 STATCOM的工作原理及数学模型 (11)2.1 STATCOM的基本电路结构 (11)2.2 STATCOM的工作原理 (13)2.3 STATCOM的数学模型的建立 (16)3 无功功率检测方法和STATCOM的控制策略 (19)3.1 无功功率检测方法 (19)3.1.1 d-q矢量变换理论 (20)3.1.2 三相对称系统的瞬时无功功率 (22)3.2 STATCOM装置的控制方法 (24)3.2.1 直接电流控制 (24)3.2.2 间接电流控制 (24)3.2.3 电流间接与直接控制的特点 (25)4 STATCOM装置的无功补偿仿真研究 (26)4.1 仿真工具软件PSCAD/EMTDC简介 (26)4.1.1 仿真工具软件PSCAD/EMTDC的概况 (26)4.1.2 仿真工具软件PSCAD/EMTDC的主要功能 (27)4.1.3 仿真工具软件PSCAD/EMTDC的主要结构及元件库 (27)4.1.4 仿真工具软件PSCAD/EMTDC的主要操作步骤 (29)4.2 STATCOM的仿真 (29)4.2.1 仿真的主接线图 (29)4.2.2 仿真的主控制电路图 (30)4.2.3 仿真的调制电路图 (30)4.2.4 各仿真的波形图 (32)4.3 本章小结 (33)5 总结与展望 (33)5.1结论 (33)5.2展望 (34)参考文献 (35)英文原文 (37)中文译文 (44)致谢 (51)1 绪论1.1引言近年来，随着经济的快速发展，我国的电力工业也取得了前所未有的成就。
单机不确定无穷大输电系统中发电机非线性励磁自适应控制器的设计
电抗，死。为励磁绕组时间常数，邛＝乃。警为定子闭路时励磁绕组的时间常数，巧
为励磁绕组电压（控制输入）。
文献［２】利用微分几何理论的精确线性化方法，对系统（Ｉ－３）进行了讨论。此时， 在假设阻尼系数Ｄ为确定的已知常数时，选择微分同胚
…ｏ 口
１，２
Ｈ
口
。
巧＝Ｅｇ～Ｔ。ｏｔ，ｃｐ，．ｑ ｒ、。＋；｝）△ｕ＋羔砭詈（２．２９Ａｗ十△６＋（２．１４一昔）△ｏ）
（６）
‘Ｅ
—ｄＥ
‘‘
虽然控制器（６）克服了ＰＳＳ控制方式和ＬＯＥＣ控制方式的缺点，但是由于阻尼转 矩是很难精确测量的，所以利用这种控制器来补偿阻尼扰动作用，也存在一定的局限 性，并且，文献【２１所用的微分几何方法也不利于工程设计人员的掌握。下面，我们利 用逆推方法、直接自适应方法来考虑系统（１－３）的控制问题，所得控制器能比较好地 补偿阻尼扰动作用，仿真结果表明其闭环系统的动态品质也比闭环系统（１－３），（６）的动 态品质要好一些，且设计方法比较简单，易于被工程设计人员所接受。
ｌ问题的提出
考虑具有励磁控制的单机无穷大输电系统，其状态方程可描述如下
ｄ＝（‘Ｊ—ｕｏ
。＝害％～万Ｄ¨㈦一詈警如ａ
或＝一扣＋击警Ｖ，ｃｏｓ ６＋壶码
其中６为发电机转予运行角，ｕ为发电机转速，日为转动惯量，Ｄ为阻尼系数，只。为机
械功率，Ｅ；为发电机暂态电势，ｚ。为ｄ轴定子绕组自感抗，暂态电抗为。：ｉ＝％一鲁禹．。
单机不确定无穷大输电系统中发电机非线性励磁自适应控制器的设计
作者： 作者单位：
电力系统无功补偿及调压设计技术导则的指引
电力系统无功补偿及调压设计技术导则的指引电力系统无功补偿及调压设计技术导则的指引1. 引言在电力系统中，无功补偿和调压是关键的技术，用于确保电力系统的稳定和高效运行。
本文将深入探讨电力系统无功补偿和调压的设计技术，并提供一些指引，帮助读者更好地理解和应用相关概念。
2. 无功补偿技术2.1 静态无功补偿装置（SVC）静态无功补偿装置（SVC）是一种常见的无功补偿技术，通过电容器和电感器的并联或串联组合来实现对无功功率的补偿。
SVC可以根据电力系统的负载需求自动调节电容器和电感器的补偿水平，从而改善系统的功率因数。
SVC还可用于抑制电力系统的电压波动和调节电压。
2.2 静态同步补偿器（STATCOM）静态同步补偿器（STATCOM）是一种基于功率电子技术的无功补偿装置，它通过控制发电机端子电压的相位和幅值来实现对电力系统无功功率的补偿。
STATCOM具有响应速度快、无机械运动件、无需维护等优点，在电力系统中被广泛应用。
3. 调压设计技术3.1 发电机励磁系统调压发电机励磁系统调压是一种常见的调压技术，通过调节发电机的励磁电流来控制输出电压。
合理的励磁系统调压设计可确保电力系统的电压稳定性和可靠性。
3.2 输电线路电压调节输电线路电压调节是确保电力系统电压稳定的重要措施之一。
通过在输电线路中设计合适的变压器和电压调节装置，可以有效地调节线路电压，并避免电压波动引起的问题。
3.3 电压穿越装置（VFT）电压穿越装置（VFT）是一种在负荷侧电压变化过程中能自动调整发电机励磁电压的装置。
它通过监测负荷电压的变化，自动调整发电机的励磁电压，以确保负荷得到稳定的电压供应。
4. 总结与启示本文深入探讨了电力系统无功补偿和调压的设计技术，并通过介绍SVC、STATCOM、发电机励磁系统调压、输电线路电压调节和电压穿越装置等相关概念，帮助读者更好地理解和应用这些技术。
通过合理的无功补偿和调压设计，电力系统可以实现稳定可靠的运行，提高能源利用效率，减少电力系统的损耗。
静止同步补偿器(StatCom)无功电流非线性控制研究
Ｃ ｍ ｎ ｈ ｗｓｔ ｅ ｒ ｇ ｌ ｔ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｐ ｉ ｚ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓｓ ｐ ｒｏ ｏ ｔ ａ ｆ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌ ｏ ｌ ｅ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ａ ｄ ｓ ｏ ｅ ｕ ａ ｅｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆｏ ｔ ｈ ｍｉｅ ｏ ｔ ｏ ｕ ｅ ｉｒ ｔ ｈ ｔ ａ ｉｉ ａ ｎ ｉ ａ ｏ ｔｏ ｉ ｏ ｔ ｏ ｎ ｎ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｄ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｅ ｅ ｅ ｃ ｎ ｕ ｕ ｒ ｎ ｓ ｃ ａ ｇ ｄ，ａ ｅ ｅ ｆ ｃ ｆｃ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｐ ｗｅ ｓ ｅ ｉｅ ｔ ｆｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｉ ｐ ｔｃ ｒ ｅ ｔ ｗａ ｈ ｎ ｅ ｈ ｏ ｄ ｄ ｈ ｎ ｔ ｆｅ ｔｏ ｏ ｅ ｓ ｔｎ ｅ ｃ ｉ ｏ ｒ ｉ ｖ ｓ ｔｓｉ ． ａ ｉｆｅ ｄ
Ｋｅｗｏ ｄ ： ｔｔ ｙ ｈ ｏ ｏ ｓ ｃ ｍｐ ｎ ａｏ （ ｔｔ ｏ ） ｍｏ ｅ ｄｆｅｅ ｔ ｌｇ ｍｅｒ ｚｒ ｙ ａ ｃ ｙ ｒｓ ｓａ ｃ ｓｎｃ ｒ ｎ ｕ ｏ ｅ ｓ ｔ ｒ Ｓ ａＣ ｍ ｉ ｄｌ ｉ ｒｎ ｉ ｅ ａ ｏ ｔｙ ｅｏ ｄ ｎ ｍｉｓ
仿 真 结 果 验证 了 数 学 模 型 的 正 确 性 ， 时 表 明 了 非 线 性 控 制 的优 化 策 略 的有 效 性 ， 到 了 良好 的 动 态 无 功 补 同 达
偿效 果。
关 键 词 ： 止 同步 补偿 器 静
模型
微分几何
零动态
优 化 策 略
Ｓ ｕ ｎ Ｎｏ ｉ ｅ ｒＣｏ ｒ ｌＳ ｒ ｔｇ ｔ ｔ ｍ ａ ｔｖ ｒ ｅ ｔ ｄｙ ｏ ｎｌｎ ａ ｎｔｏ ｔ ａ ｅ ｙ ｏｆＳ ａ Ｃｏ ｓＲｅ ｃ ｉ ｅ Ｃｕ ｒ ｎｔ
ａ ａｙ ｉ ｂ ｕ ＷＯ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｒ ｔ ｇ ｅ ｒ ｉ ｅ ｙ ｕ ｉｇ Ｍ ａ ｌｂ，ｗｈ ｃ ａｉ ａ ｅ ｔ ｅ ｍａ ｈ ｍａ ｉ ｄ ｌｏ ｔ ｔ ｎ ｌ ｓｓａ ｏ ｔｔ ｏ ｔ ｏ ｔａ ｅ ｉｓ ａ ｅ ｇ ｖ ｎ ｂ ｓｎ ｔ ａ ｉ ｈ ｖ ｌ ｔ ｈ ｔ ｅ ｔ ｍｏ ｅ ｆＳ ａ — ｄ ｃ
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在文献 [ 10 ]中出现了微分代数模型 ,计算繁
琐 ,不利于实际的应用 。为了进行有效的控制器
设计 ,现对以上方程进行简化 。由图 1可得以下
关系
Ig = Il + Is
(5)
VT = V∞ + jxL2 Il + j( xL1 + xT ) Ig
(6)
VT
= VTd
+ jVTq
= xq Iqg
+
·′
Eq
=
1 T′d0
[
Efd
-
′
Eq -
( xd
-
x′d )
′
Eq
-
V∞ co
x′d + xΣ
δs
]
(9c)
·
Is
=
1 Ts
( us
-
Is )
再根据系统的向量关系 ,可得
Pe
=
′
x1 x2 EqV∞
Is sinδ +
′
Eq V ∞
sinδ
( x1 + x2 ) G1
x1 + x2
(9d) (10)
r1
φ· r1
-
= a1 ( Z )
-
+ b11 ( Z ) u1
-
+ b12 ( Z ) u2
·
<1 = <2
( 14 b) ( 14 c) ( 14 d)
…
·
<r2 - 1 = <r2
·
<r2
-
= a2 ( Z )
-
+ b21 ( Z ) u1
-
+ b22 ( Z ) u2
η· = q ( Z )
将系统方程线性化 ,且没有考虑到发电机的励磁 特性 。文献 [ 10 ]提出了 STATCOM 的非线性控制 器的设计 ,针对静止同步补偿器面临的非线性 、多 目标控制问题 , 应用直接反馈线性化 、内模控制 和最优控制理论 , 并利用合成电势矢量法 , 设计 了可以同时提高系统阻尼与电压控制精度的 STATCOM 非线性控制器 ,但是文中将发电机的输 入机械功率与暂态电势都假设恒定不变 。文献 [ 14 ]提出了发电机励磁与 FACTS分散协调控制 策略 ,但是这种方法仅适用于可控阻抗的器件 ,不 能适用于具有一阶延时可控无功电流源器件 。文 献 [ 10 ]与 [ 5 ]中提出了 STATCOM 和发电机励磁 的协调控制器的设计策略 ,这两种方法都全面考 虑了电力系统的强非线性特性 : 在文献 [ 5 ]中提 出的模型并没有真正的做到综合考虑 ,讨论过于 复杂 ,增加了控制器设计的不确定性 ; 文献 [ 10 ] 中方法有了很大的改进 ,针对单机无穷大系统 , 建立了包含 STATCOM 的状态空间模型 ,应用给 定信息结构约束下的最优控制理论和算法 , 设计
图 1 具有 STATCOM 的单机无穷大系统等值电路图
在文献 [ 10 ]中 ,发电机采用三阶模型 ; STAT2
COM 采用一阶延时可控无功电流源模型 ,并假设
输出电流与接入点的电压的频率一致 ,其中 dq轴
坐标系统定义为 : d 轴始终与接入点电压向量同
向 , q轴超前 90°,从而 STATCOM 输出电流只含 q
相关的一些代数方程为
Efd = uf 0 ≤ uf ≤ 5
Pe
=
′
[ Eq +
( xq
-
x′d ) Idg ] Iqg
U tqg = xq Iqg
′
′
U tqg = Eq - xd Idg
U tg =
U2tqg
+
U
2 tdg
Iqg
= U∞ b10 sinδg + Iqs k12 co sδgs 1 + xq b10
第 34卷 第 9期 2006年 9月
Vol. 34 No. 9 Sep t. 2006
研究与创新
STATCOM 与发电机励磁非线性控制器设计
顾丽鸿 ,王 杰
(上海交通大学 电气工程系 ,上海 200240)
摘 要 :提出了一种有利于进行控制设计的 STATCOM 模型 。采用直接反馈线性化 、零动态原理 ,设计了 STATCOM 无功电流与发电机励磁非线性控制器 ,该控制可以同时满足发电机励磁与 STATCOM 装设处电压 的稳定性 。对单机 —无穷大系统进行了数字仿真 ,结果表明该控制器具有很好的实用效果和优越性 。 关键词 :电力系统 ;静止同步补偿器 ;非线性控制 ;励磁控制 基金项目 :国家自然科学基金项目 (50595412) 作者简介 :顾丽鸿 (19812) ,男 ,博士研究生 ,研究方向为电力系统 FACTS非线性控制 、风能发电 。 中图分类号 : TM31; TM76 文献标识码 : A 文章编号 : 100129529 (2006) 0920001205
发电机励磁控制一直在电力系统稳定中发挥 着重要的作用 。将 STATCOM 与发电机励磁协调 控制是一个很有研究价值的课题 。众所周知 ,电 力系统受到扰动时 ,运行状态会偏离初始的平衡 点 ,若应用线性化的方法进行控制器设计 ,控制效 果将 达 不 到 应 用 的 效 果 [ 12 ] 。文 献 [ 13 ] 提 出 STATCOM 的鲁棒控制器设计 ,但是在设计过程中
本文在文献 [ 10 ]的基础上对原有的微分代 数模型进行了深入研究和改进 ,避免出现微分代 数模型的存在 。最后通过数字仿真结果表明本文 设计的控制方法简洁及实用性强 ,而控制器作用 的效果足以达到实际工程的需要 ,有着良好的应 用前景 。
1 模型建立
装设有 STATCOM 的单机无穷大系统见图 1。 该系统在传输线中间装有 STATCOM ,在控制器的 设计中 ,发电机采用三阶模型 ,发电机的励磁电压 Efd作为动态系统的输入变量 , 不计调速器的作 用 ,即原动机的输入功率 Pm 为常数 。
Abstract:A STATCOM model which is easy for control design is recommended. By using direct feedback linearization and zero dynam ics method, the non2linear controller for the reactive current of STATCOM and generator excitation was designed, which can meet the requirement of stability of generator power angle and that of STATCOM voltage. Numer2 ical simulation of one machine2infinite bus system show s that the controller is effective and advantageous. Key words: power system; STATCOM; non2linear control; excitation control
( 12 a)
y = h ( x)
( 12 b)
式中 f, gi: Rn ×R l →Rn; y: R l 均为足够光滑的向量场 , i = 1, 2, …, m。
现假设其关系度数 r = r1 + r2 < n,选择坐标 映射
z1 =φ1 ( x) = h1 ( x) , z2 =φ2 ( x) =Lf h1 ( x) , …
( 14 e) ( 14 f) ( 14 g)
式中
Vs
= G1 x1 + x2
+
x1 x2 x1 + x2
Is
(11)
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顾丽鸿 ,等 STATCOM 与发电机励磁非线性控制器设计
Idg
=
′
b10 Eq -
U∞ b10 co sδg +
1
′
+ xd b10
Iqs k12 sinδgs
0 ≡ U tqs = U tqg k21 co sδsg + U∞ k20 co sδs
U ts = U tds k21 sinδsg + U tdq k21 co sδsg
+ U∞ k20 sinδs - Iqs x22
zr1
=φr1 ( x)
=
L
r1 f
-
1
h1
( x) ;
zr1 + 1 = <1 ( x) = h2 ( x) ,
zr1 + 2 = <2 ( x) = Lf h2 ( x) ,
…
zr
=φr2 ( x)
=
L
r2 f
-
1
h2
( x)
,
以及 zr + 1 =η1 =η1 ( x) ,
…
zn =ηn - r =ηn - r ( x) , 这里假设映射关系向量
柔性输电系统 ( Flexible AC Transm ission Sys2 tem , 简称 FACTS)是近年来兴起的基于现代电力 电子技术的新型电力系统网络技术 。静止同步补 偿器 (以下简称 STATCOM )作为 FACTS家族中 重要的成员之一 ,在电压快速调节 [ 124 ] 、提高系统 暂态稳定和阻尼系统功率振荡等方面发挥着越来 越重要的作用 。 STATCOM 同传统的 SVC 相比 , 还具有调节范围宽 、体积小 、反应迅速等优点 ,从 而能更有效地提高电力系统的传输容量并增加电 力系统的静态和暂态稳定性 [ 527 ] 。近年来 ,美国和 日本相继投用大容量的 STATCOM ,中国也加紧研 究和开发静止同步补偿器 [ 8211 ] 。