[發(fā)明專利]電網(wǎng)電壓不平衡條件下MMC-UPQC的無源性滑模控制方法

在審

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• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111740429A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程啟明;江暢;馬信喬;趙淼圳;程尹曼
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力大學(xué)
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)電壓不平衡條件下MMC?UPQC的無源性滑模控制方法，該方法根據(jù)基爾霍夫定律分別構(gòu)建串聯(lián)側(cè)和并聯(lián)側(cè)的數(shù)學(xué)模型；對構(gòu)建的模型進(jìn)行正負(fù)分離，獲取串聯(lián)側(cè)和并聯(lián)側(cè)的dq軸正負(fù)序檢測值；根據(jù)無源控制理論和數(shù)學(xué)模型建立MMC?UPQC的EL模型；判斷MMC?UPQC的EL模型的無源性，若為嚴(yán)格無源，則加入滑模控制，建立電網(wǎng)電壓不平衡條件下，串聯(lián)側(cè)和并聯(lián)側(cè)的無源性滑模控制器；利用建立的無源滑模控制器對電網(wǎng)電壓不平衡條件下MMC?UPQC的直流側(cè)電容電壓、電網(wǎng)電壓不平衡條件下MMC?UPQC的電容電壓和環(huán)流進(jìn)行控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有響應(yīng)時間更短、穩(wěn)定性更強(qiáng)、控制效果更好的特點，并具有適應(yīng)系統(tǒng)復(fù)雜變化能力強(qiáng)，系統(tǒng)參數(shù)更加精確等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及MMC-UPQC控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種電網(wǎng)電壓不平衡條件下MMC-UPQC的無源性滑模控制方法。

背景技術(shù)

MMC-UQPC的控制策略主要針對電網(wǎng)電壓平衡狀態(tài)下的線性控制，存在反應(yīng)速度慢，補(bǔ)償效果不好，應(yīng)用性較差，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動時，且控制參數(shù)難以確定等問題。由于存在非線性負(fù)載和大量電力電子器件，根據(jù)MMC-UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建的動態(tài)方程是非線性的，更適合非線性控制策略如無源控制策略、滑模控制策略、微分平坦控制策略等。由于無源控制對系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及系統(tǒng)參數(shù)依賴度高，很難達(dá)到最優(yōu)效果，而滑模控制抖動較大，因此在電網(wǎng)不平衡時，特別是在中高壓和模塊數(shù)較多時，電壓和電流的補(bǔ)償和治理變得很不理想，往往難以達(dá)到令人滿意效果，而電網(wǎng)不平衡是很常見的電網(wǎng)狀態(tài)，因此，對電網(wǎng)不平衡下MMC-UPQC的非線性控制策略的研究很有必要。

現(xiàn)有技術(shù)在電網(wǎng)電壓不平衡條件下對MMC-UPQC采用的無源控制方法的控制器的系數(shù)都是固定的，如中國專利CN201911106352.4的無源控制器，當(dāng)負(fù)載突然增加時，適應(yīng)性較差；此外，由于該專利提供的無源控制采用的是基于精確參數(shù)的模型，系統(tǒng)參數(shù)(如系統(tǒng)阻抗)會隨著時間推移發(fā)生變化。裝置運(yùn)行過程中的各種不確定因素，將會對系統(tǒng)運(yùn)行平衡點產(chǎn)生影響，從而對控制器的控制性能產(chǎn)生不良影響。即參數(shù)難以精確控制，導(dǎo)致其反應(yīng)速度慢，且串并聯(lián)側(cè)補(bǔ)償效果不佳，適應(yīng)系統(tǒng)復(fù)雜變化的能力較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種電網(wǎng)電壓不平衡條件下MMC-UPQC的無源性滑模控制方法，該方法可綜合治理電壓和電流的電能質(zhì)量問題，設(shè)計的無源滑模控制器可解決現(xiàn)有無源控制系統(tǒng)參數(shù)難以精確控制，反應(yīng)速度慢且串并聯(lián)側(cè)補(bǔ)償效果不佳和滑模控制抖動較大難以平衡的問題，而結(jié)合直流側(cè)電容電壓控制和串聯(lián)側(cè)并聯(lián)側(cè)協(xié)調(diào)控制，可以很好地解決綜合補(bǔ)償效果不佳且反應(yīng)速度慢問題，還可以快速補(bǔ)償與恢復(fù)電壓與電流，從而保證電能質(zhì)量；且本發(fā)明還簡化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，加快了系統(tǒng)的反應(yīng)速度和穩(wěn)定性。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種不平衡電網(wǎng)電壓下MMC-UPQC無源性滑模控制方法，包括以下步驟：

S1：MMC-UPQC數(shù)學(xué)模型的建立：根據(jù)MMC和UPQC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基于基爾霍夫定律分別構(gòu)建串聯(lián)側(cè)和并聯(lián)側(cè)的數(shù)學(xué)模型。

S2：正負(fù)序分離的dq檢測法：根據(jù)坐標(biāo)變換理論，先將MMC-UPQC的數(shù)學(xué)模型變換成dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，再經(jīng)過正負(fù)分離，得到串聯(lián)側(cè)和并聯(lián)側(cè)的dq軸正負(fù)序檢測值。

S3：MMC-UPQC的EL模型建立：根據(jù)無源控制理論和S1的數(shù)學(xué)模型，搭建電網(wǎng)電壓不平衡條件的EL模型。

S4：串聯(lián)側(cè)和并聯(lián)側(cè)的無源性滑模控制器設(shè)計：根據(jù)S3的EL模型，判斷其無源性，若為嚴(yán)格無源，再根據(jù)滑模控制理論，在無源E-L模型的基礎(chǔ)上加入滑模控制，則建立電網(wǎng)電壓不平衡條件下MMC-UPQC無源性滑模控制器。

S5：直流側(cè)電容電壓控制：利用無源控制器對電網(wǎng)電壓不平衡條件下 MMC-UPQC的直流側(cè)電容電壓進(jìn)行控制。