[發明專利]一種基于狀態觀測器的UPQC最優輸出跟蹤控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201710848198.2
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN108964013B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 李獻偉;許丹;苗世洪;劉子文;黃曉明;黃弘揚;王雷濤
• 申請（專利權）人: 許繼集團有限公司;華中科技大學;國網浙江省電力公司電力科學研究院;國家電網公司;許昌許繼軟件技術有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/01
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 趙敏

本發明提供了一種基于狀態觀測器的UPQC最優輸出跟蹤控制方法及裝置，以系統狀態作為變量，以串并聯變流器的輸出電壓作為控制輸入及負載電壓和電源電流作為系統被控輸出，以電源電壓和負載電流作為系統的外部干擾輸入量，建立UPQC的數學模型；基于數學模型，計算負載電壓和電源電流的系統被控輸出參考值；建立電源電壓和負載電流的狀態觀測器，對諧波電壓和電流進行觀測，補償諧波電壓和電流；以二次平均性能指標最小為目標，尋求最優控制，得到最優控制量，并將最優控制量作為數學模型的控制輸入量。本發明使串并聯變流器配合以提供統一、協調的電能質量調節功能，且最優輸出跟蹤控制在三相abc坐標下實現，無需進行dq轉換，易于工程實現。

技術領域

本發明屬于電能質量調節控制技術領域，特別涉及一種基于狀態觀測器的UPQC最優輸出跟蹤控制方法及裝置。

背景技術

近年來，隨著電力電子技術的發展和應用，配電網中的整流器、逆變器、電弧爐、電氣化鐵路等非線性負荷不斷增加，引起了電網電壓和電流波形發生畸變，造成電網的諧波污染。另一方面，沖擊性負載和無功補償不足會引起電網電壓跌落和閃變，會影響社會的日常生活和正常生產，特別是在重要和精密的企業生產過程中，電能的中斷或波動將帶來巨大的經濟損失。為了解決日趨嚴重的電能質量問題，各種電能質量控制技術應運而生，而安全可靠、清潔高效的智能電網建設步伐的加快，更對電能質量和電能利用效率提出了更高的要求。統一電能質量調節器(Unified power quality conditioner，UPQC)由串聯型有源濾波器和并聯型有源濾波器組合而成，首次出現于1996年日本學者Akagi在分析有源濾波器發展新趨勢的一文中，能對電壓和電流質量進行綜合補償，是功能最為全面的DFACTS(Distribution flexible AC transmission system)技術裝置，將是未來高效治理和改善電能質量問題的首選模式。

UPQC的補償控制策略是決定其電能質量治理效果的關鍵因素。對于基于電壓源換流器結構的UPQC而言，期望的控制目標是通過適當的電壓補償環節，使得電網能為負載提供穩定的正序基波電壓，同時為了使電網免受或少受非線性負載的影響，通過適當的電流補償環節使網側電流只包含正序基波成分。近年來，國內外學者針對此問題已開展了相關研究?；诟道锶~變換的頻域分析方法由于存在延時和計算量復雜的問題，相關的研究和應用的偏少。在時域分析方法中，目前應用較為廣泛的是瞬時功率理論和同步參考坐標法。這兩種方法分別將電壓電流信號轉換到pq坐標系和dq坐標系下來分離基波和諧波分量，從而得到電壓和電流的補償量。除此之外，基于人工智能算法UPQC電流控制策略可以提高控制系統的計算精度并加快響應速度，但工程實現較難。實際上，UPQC中的串聯和并聯兩部分濾波單元只有協同工作才能達到期望控制目的，因此，UPQC的控制策略中必須考慮其串并聯單元的相互影響。目前已有學者在UPQC控制中加入了一定的協調策略，但未在本質上有所突破，很難保證UPQC的串并聯單元能夠完全發揮出各自對相關電能質量問題的解決能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于狀態觀測器的UPQC最優輸出跟蹤控制方法及裝置，用于解決統一電能質量調節器UPQC的串并聯變流器不能很好的配合以提供統一、協調的電能質量調節功能的問題。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種基于狀態觀測器的UPQC最優輸出跟蹤控制方法，包括如下步驟：

1)以電源電流、串聯變流器補償電壓、串聯變流器交流側電流、并聯變流器補償電流及負載電壓作為系統狀態變量，以串聯變流器和并聯變流器的輸出電壓作為控制輸入，以負載電壓和電源電流作為系統被控輸出，及以電源電壓和負載電流作為系統的外部干擾輸入量，建立UPQC的數學模型；

2)基于所述數學模型，計算負載電壓和電源電流的系統被控輸出參考值；

3)建立電源電壓和負載電流的狀態觀測器，利用狀態觀測器對諧波電壓和電流進行觀測，補償諧波電壓和電流；