靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器的最優(yōu)控制研究與仿真

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1、《四川電力技術(shù)》·5·靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器的最優(yōu)控制研究與仿真吳文勝,顏偉,華智明(重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院,重慶400044)摘要:提出了用線性最優(yōu)控制原理對(duì)SSSC進(jìn)行最優(yōu)控制設(shè)計(jì)的方法,采用了MATLAB中的動(dòng)態(tài)仿真工具Simulink建立了SSSC的仿真模型,并以含SSSC的簡(jiǎn)單系統(tǒng)為例,用S—Function仿真分析了SSSC在系統(tǒng)故障過程中的暫態(tài)特性和對(duì)系統(tǒng)有功功率的調(diào)節(jié)特性,驗(yàn)證了該方法的有效性。關(guān)鍵詞:柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS);靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC);同步電壓源MATLAB;S—Function;暫態(tài)仿真;最優(yōu)控制中圖法分類號(hào):

2、TM72112文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-6954(2001)02-0005-03隨著電力電子技術(shù)及其大功率半導(dǎo)體器件的產(chǎn)性最優(yōu)控制原理進(jìn)行設(shè)計(jì),并進(jìn)行暫態(tài)仿真和調(diào)節(jié)傳生和發(fā)展,出現(xiàn)了靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)技術(shù)輸?shù)挠泄β蔬^程的仿真,得出應(yīng)用線性最優(yōu)控制方和設(shè)備。FACTS裝置可為交流輸電網(wǎng)提供快速、連法的有效性。續(xù)和精確的控制以及優(yōu)化潮流功率的能力,同時(shí)可以確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。1線路功率方程靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)是FACTS控制器的一種,它與輸電系統(tǒng)以串聯(lián)方式聯(lián)結(jié),是應(yīng)用可關(guān)以圖2所示的簡(jiǎn)單輸電系統(tǒng)為例來(lái)研究SSSC斷晶閘管(GTO

3、)構(gòu)成的同步電壓源的控制器,基本的控制問題。原理是向線路注入一個(gè)與其電流相位相差幾乎90°的可控電壓,以快速控制線路的有效阻抗,從而可控制系統(tǒng)中傳輸?shù)挠泄β省Ｆ涫疽鈭D見圖1所示。[1],[2]但現(xiàn)在在這方面研究的文章還不多見,文獻(xiàn)在圖2單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)忽略線路電阻和SSSC損耗的情況下介紹了SSSC的基本原理以及與串聯(lián)電容、晶閘管控制串聯(lián)補(bǔ)償器把SSSC安置在圖2的變壓器T和輸電線路L(TCSC)的區(qū)別,用PID控制方法來(lái)進(jìn)行SSSC控制之間,則含SSSC的輸電系統(tǒng)的等值電路就如圖3所器的設(shè)計(jì)并用EMPT數(shù)字仿真來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。示。圖3含SSSC單機(jī)無(wú)窮大

4、系統(tǒng)等值電路其中,Eq′,δ,Vt,XT,XL,RL,Vs為發(fā)電機(jī)、變壓器、單回線輸電線路的參數(shù);Ia和Iq分別為輸電線圖1SSSC串聯(lián)在電力線路中的示意圖路電流的d軸分量和q軸分量;本文通過對(duì)含SSSC單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)(考慮線路Vu———表示SSSC可控電壓的幅值;電阻和SSSC損耗)的研究,推導(dǎo)出其功率方程式,結(jié)α———表示SSSC可控電壓的相角;合其它同步發(fā)電機(jī)基本方程組,并參考文獻(xiàn)提出的同R1———表示SSSC損耗的等效電阻;步電壓源的模型來(lái)描述SSSC的動(dòng)態(tài)過程,再利用線X1———表示SSSC的漏抗值;·6·2001年第2期Pe———表示發(fā)電機(jī)

5、的電磁功率;對(duì)于采用單脈寬調(diào)制并結(jié)合曲折變壓器多重化Pu———表示SSSC吸收的有功功率;技術(shù)的同步電壓源來(lái)說,脈沖寬度θ和電壓相角α調(diào)PL———表示輸電線路傳輸?shù)挠泄β?節(jié)的動(dòng)態(tài)過程可以采用一階慣性環(huán)節(jié)描述,微分方程根據(jù)該系統(tǒng),按發(fā)電機(jī)d、q軸的坐標(biāo)系,可寫出可寫為:下列方程式。dθ=1(-θ+θ)(13)0+UθdtTθEq′=X′Id+Vucos(δ-α)+IqR+Vscosδ(1)dα10=RId+Vusin(δ-α)-IqX″+Vssinδ(2)dt=T(-α+α0+Uα)(14)αPe=Eq′Iq+(Xq-Xd′)IdIq(3)式中,Tθ

6、和Tα為時(shí)間常數(shù);θ0和α0為給定初PL=VsdId+VsqIq=VssinδId+VscosδId(4)值;Uθ和Uα為控制變量。Pu=VudId+VuqIq=Vssin(δ-α)Id+Vscos再?gòu)哪芰坑^點(diǎn)出發(fā),只考慮基波能量,直流電容(δ-α)Id(5)在dt時(shí)間內(nèi)與線路交換能量可表示為其中,X′=015XL+XT+X1+Xd′;dUdcCdUdc=Pu(15)X″=0.5XL+XT+X1+Xq;dtR=R1=0.5RL式中Cd為直流電容電容值。當(dāng)SSSC處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),其裝置與線路的交換將(8)、(10)的具體表達(dá)式代入(11)～(15)式,并

7、功率應(yīng)為零,即在運(yùn)行點(diǎn)處進(jìn)行偏差化和線性化,可得出含有SSSCPu=0(6)的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)的狀態(tài)方程式而且其可控交流電壓與直流電容電壓的關(guān)系可X=AX+BU(16)表示為這里,近似認(rèn)為Pm不變,即△Pm=0;TθX=[△θ△α△δ△ω△Udc]Vu=K0Udcsin(7)2TU=[△Uθ△Uα]式中K0為常數(shù),(根據(jù)SSSC中變流器的結(jié)構(gòu)而由于SSSC控制器的控制目標(biāo)是控制線路功率定);Udc為直流電容電壓;θ為脈沖寬度角。以及保證直流電容電壓基本不變,而從(6)、(15)式中為了簡(jiǎn)便,本系統(tǒng)不考慮發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng),認(rèn)為可以看出,Pu接近為零,就可保證

8、直流電容電壓UdcEq′恒定不變。于是聯(lián)立基本不變,所以可以通過狀態(tài)變量的變換,即用△PL(1