链式静止同步补偿器自适应反步控制器

2017年12月电工技术学报Vol.32 No. 24 第32卷第24期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Dec. 2017

DOI: 10.19595/https://www.360docs.net/doc/f514786777.html,ki.1000-6753.tces.160583

链式静止同步补偿器自适应反步控制器

陈晓菊张杭张爱民王建华

（西安交通大学电气工程学院西安 710049）

摘要针对链式静止同步补偿器（STATCOM）系统非线性特性，提出一种链式STATCOM 自适应反步控制器。该控制器采用反步法的递归思想获得链式STATCOM的虚拟控制输入，并根据确定性等价原理设计系统的中间控制率，利用该中间控制率完成电压控制器设计。通过中间控制率和实际控制率的偏差量构造系统的李雅普诺夫方程，利用李雅普诺夫的渐近稳定性原理，获得能够保证链式STATCOM系统稳定的控制输入和系统参数的自适应率。实验结果进一步验证了所设计自适应反步控制器的正确性和有效性。

关键词：链式静止同步补偿器自适应反步控制器中间控制率李雅普诺夫方程自适应率

中图分类号：TM464

Adaptive Backstepping Controller of

Cascaded Static Synchronous Compensator

Chen Xiaoju Zhang Ηang Zhang Ai’min Wang Jianhua

（School of Electrical Engineering Xi’an Jiao Tong University Xi’an 710049 China）

Abstract Adaptive backstepping controller of cascaded static synchronous compensator (STATCOM) was proposed in this paper considering the nonlinear characteristic of cascaded STATCOM system. The controller obtained virtual control input of cascaded STATCOM by adopting the recursive idea of backstepping. It designed the system interim control rate according to the principle of certainty equivalence principle. Using the above system interim control rate, the design of voltage controller was completed and the Lyapunov equation of cascaded STATCOM system was set up. Using the Lyapunov asymptotic stability principle, the control inputs and adaptive rate of system parameters to ensure the stability of cascaded STATCOM were obtained. The correctness and effectiveness of adaptive backstepping controller was validated through experiments.

Keywords：Cascaded static synchronous compensator, adaptive backstepping controller, interim control rate, Lyapunov equation, adaptive rate

0引言

静止同步补偿器（Static Synchronous Com- pensator, STATCOM）是柔性交流输电系统的重要组成部分，是静止无功补偿的发展方向[1-5]。在静止同步补偿器中，链式STATCOM是十分重要的一类。由于链式STATCOM采用H桥串联，因此其总输出电压及装置容量可以成倍提高，并且可以对每个链节采用相位偏移控制，从而使最终叠加而成的总输出电压谐波含量很小[6]。此外，链式连接方式有利于模块化和冗余设计，装置的可靠性将大大提高。链式结构另一个突出优点是可以单相独立控制，在电力系统三相不平衡时，装置仍可正常运行[7-9]。

链式STATCOM的控制策略是实现STATCOM

国家自然科学基金（51177126）和陕西省重大科技创新项目专项资金（2008ZKC01-09）资助项目。

收稿日期 2016-05-03 改稿日期 2016-7-21

万方数据

静止同步补偿器D-STATCOM

ＱＮ４００Ａ型　静止同步补偿器Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ

目录　１．概述－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－１　２．Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ的定义－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－２　３．电能质量对用电设备的影响－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－２　４．Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ　的特点－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－３　５．Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ的优势－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－３　６．使用Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ实现的经济效益－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－５　７．ＱＮ４００Ａ型Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ装置－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－５　８．技术数据－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－６　９．机械结构－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－６　附录１：产品系列型号表－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－６

１．概述　本产品是北京宾德森系统工程有限责任公司和清华大学电机系联合开发的高科技产品，目前在国内外都处于领先地位。　本产品是应用柔性交流输电技术（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ＡＣ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ，简称ＦＡＣＴＳ）解决传统的无功补偿和常规的滤波装置不能有效地解决动态电能质量问题。　本产品适用于４００Ｖ以下配电系统，替代常规的无功补偿和滤除高次谐波装置，现在已被广泛的应用在石油、化工、电力、冶金、造纸、饮料等行业，也被广泛应用在楼宇、建筑、民宅、商场、餐饮等服务设施。　　主要特点：　 l可替代原来的电力补偿设备；　 l保护了现有的电力设备；　 l延长了电机、变频器等电力设备的寿命；　 l与原来的补偿设备相比，降低了电能的消耗。　　各种电力补偿装置性能比较表：　ＳＶＣ　ＳＴＡＴＣＯＭ电容器组　调谐电抗电容器组　谐波滤波器　　电容器单体　加装限流电抗器　一般　ＴＳＣ　无源滤波器　有源滤波器　补偿无功　可以　可以　可以　可以　可以　可以　可以　可以　补偿无功响应时间　２０￣４０ｍｓ１ｍｓ　稳定电压　可以　可以　可以　可以　可以　可以　可以　可以　避免涌流　不可以　可以　可以　可以　可以　可以　可以　可以　避免谐振　不可以　不可以　可以　可以　可以　可以　可以　可以　滤除谐波　不可以　不可以　滤除一小部分　滤除一小部分　可以　可以　可以　可以　抑制电压闪变　不可以　不可以　不可以　效果不明显　不可以　可以　可以　能力强　改善三相不平衡　不可以　不可以　不可以　可以　不可以　可以　可以　可以　补偿快速变化无功　不可以　不可以　不可以　可以　不可以　可以　可以　可以　提供一定有功功率　不可以　不可以　不可以　不可以　不可以　不可以　不可以　可以　　２．Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ的定义

自适应控制综述

自适应控制文献综述卢宏伟（华中科技大学控制科学与工程系信息与技术研究所 M200971940）摘要：文中对自适应控制系统的发展、系统类型、控制器类型以及国内外自适应控制在工业和非工业领域的应用研究现状进行了较系统的总结。自适应控制成为一个专门的研究课题已超过50年了，至今，自适应控制已在很多领域获得成功应用，证明了其有效性。但也有其局限性和缺点，导致其推广应用至今仍受到限制，结合神经网络、模糊控制是自适应控制今后发展的方向。关键字：自适应控制鲁棒性自适应控制器 1.自适应控制的发展概况自适应控制系统首先由Draper和Li 在1951年提出，他们介绍了一种能使性能特性不确定的内燃机达到最优性能的控制系统。而自适应这一专门名词是1954年由Tsien在《工程控制论》一书中提出的，其后，1955年Benner 和Drenick也提出一个控制系统具有“自适应”的概念。自适应控制发展的重要标志是在1958午Whitaker“及共同事设计了一种自适应飞机飞行控制系统。该系统利用参考模型期望特性和实际飞行特性之间的偏差去修改控制器的参数，使飞行达到最理想的特性，这种系统称为模型参考自适应控制系统(MRAC系统)。此后，此类系统因英国皇家军事科学院的Parks利用李稚普诺夫(Lyapunov)稳定性理论和法国Landau利用Popov 的超稳定性理论等设计方法而得到很大的发展，使之成为—种最基本的自适应控制系统。1974年，为了避免出现输出量的微分信号，美国的Monopli 提出了一种增广误差信号法，因而使输入输出信号设汁的自适应控制系统更加可靠地应用与实际工程中。 1960年Li和Wan Der Velde提出的自适应控制系统，他的控制回路中用一个极限环使参数不确定性得到自动补偿，这样的系统成为自振荡的自适应控制系统。 Petrov等人在1963年介绍了一种自适应控制系统，它的控制数如有一个开关函数或继电器产生，并以与参数值有关的系统轨线不变性原理为基础来设计系统，这种系统称为变结构系统。 1960到1961年Bellman和Fel`dbaum分别在美国和苏联应用动态规划原理设计具有随机不确定性的控制系统时，发现作为辨识信号和实际信号的控制输入之间存在对偶特性，因而提出对偶控制。 Astrom和Wittenmark对发展另一类重要的自适应控制系统，即自校正调节器(STR)作出了重要的贡献。这种调节器用微处理机很容易实现。这一有创见的工作得到各国学者普遍的重视，并且把发展各种新型的STR和探索新的应用工作推向新的高潮，使得以STR方法设计的自适应控制系统在数量上迢迢领先。在这些发展中以英国的Clarker和Gawthrop在1976年提出的广义最小方差自校正控制器最受重视。它克服了自校正调节器不能用于非最小相位系统等缺点。为了既保持自校正调节器实现简单的优点，又有拜较好的

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；

ABSTRACT The 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;

模型参考自适应控制

10．自适应控制严格地说，实际过程中的控制对象自身及能所处的环境都是十分复杂的，其参数会由于种种外部与内部的原因而发生变化。如，化学反应过程中的参数随环境温度和湿度的变化而变化（外部原因），化学反应速度随催化剂活性的衰减而变慢（内部原因），等等。如果实际控制对象客观存在着较强的不确定，那么，前面所述的一些基于确定性模型参数来设计控制系统的方法是不适用的。所谓自适应控制是对于系统无法预知的变化，能自动地不断使系统保持所希望的状态。因此，一个自适应控制系统，应能在其运行过程中，通过不断地测取系统的输入、状态、输出或性能参数，逐渐地了解和掌握对象，然后根据所获得的过程信息，按一定的设计方法，作出控制决策去修正控制器的结构，参数或控制作用，以便在某种意义下，使控制效果达到最优或近似更优。目前比较成熟的自适应控制可分为两大类：模型参考自适应控制（Model Reference Adaptive Control）和自校正控制（Self-Turning）。 10.1模型参考自适应控制 10.1.1模型参考自适应控制原理模型参考自适应控制系统的基本结构与图10.1所示： 10.1模型参考自适应控制系统它由两个环路组成，由控制器和受控对象组成内环，这一部分称之为可调系统，由参考模型和自适应机构组成外环。实际上，该系统是在常规的反馈控制回路上再附加一个参考模型和控制器参数的自动调节回路而形成。

在该系统中，参考模型的输出或状态相当于给定一个动态性能指标，（通常，参考模型是一个响应比较好的模型），目标信号同时加在可调系统与参考模型上，通过比较受控对象与参考模型的输出或状态来得到两者之间的误差信息，按照一定的规律（自适应律）来修正控制器的参数（参数自适应）或产生一个辅助输入信号（信号综合自适应），从而使受控制对象的输出尽可能地跟随参考模型的输出。在这个系统，当受控制对象由于外界或自身的原因系统的特性发生变化时，将导致受控对象输出与参考模型输出间误差的增大。于是，系统的自适应机构再次发生作用调整控制器的参数，使得受控对象的输出再一次趋近于参考模型的输出（即与理想的希望输出相一致）。这就是参考模型自适应控制的基本工作原理。模型参考自适应控制设计的核心问题是怎样决定和综合自适应律，有两类方法，一类为参数最优化方法，即利用优化方法寻找一组控制器的最优参数，使与系统有关的某个评价目标，如：J=? t o e 2(t)dt ，达到最小。另一类方法是基于稳定性理论的方法，其基本思想是保证控制器参数自适应调节过程是稳定的。如基于Lyapunov 稳定性理论的设计方法和基于Popov 超稳定理论的方法。系统设计举例以下通过一个设计举例说明参数最优化设计方法的具体应用。例10.1设一受控系统的开环传递函数为W a (s)=) 1(+s s k ，其中K 可变，要求用一参考模型自适应控制使系统得到较好的输出。解：对于该系统，我们选其控制器为PID 控制器，而PID 控制器的参数由自适应机构来调节，参考模型选性能综合指标良好的一个二阶系统： W m (d)= 1 414.11 2 ++s s 自适应津决定的评价函数取 minJ =?t e 2 (t)dt ，e(t)为参考模型输出与对象输出的误差。由于评价函数不能写成PID 参数的解析函数形式，因此选用单纯形法做为寻优方法。（参见有关优化设计参考文献）。在上述分析及考虑下，可将系统表示具体结构表示如下图10.2所示。

链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制策略

第43卷第18期电力系统保护与控制Vol.43 No.18 2015年9月16日 Power System Protection and Control Sep. 16, 2015 链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制策略姚钢1,2，方瑞丰1，李东东1，周荔丹2 (1.上海电力学院电气工程学院，上海 200090; 2.上海交通大学电气工程系，上海 200240) 摘要：直流侧电容电压平衡是链式静止同步补偿器安全稳定运行的前提。针对直流电容电压不平衡现象做出分析，提出了一种叠加有功电压矢量的直流电容电压平衡控制策略。通过上下层分层控制和叠加有功电压矢量调整控制信号，使得有功功率能按需分配以弥补各级联模块间损耗的差异。上层控制通过解耦实现总体有功、无功功率控制，下层控制通过叠加有功电压矢量实现电容电压平衡控制。该策略物理意义明确、算法简洁、与其他控制量无耦合。通过基于Matlab的时域仿真和实验证明了该策略的正确性、有效性和可行性。关键词：静止同步补偿器；直流电容电压平衡；有功电压矢量叠加；分层控制；级联多电平 DC capacitor voltage balancing control of cascaded static synchronous compensator YAO Gang1, 2, FANG Ruifeng1, LI Dongdong1, ZHOU Lidan2 (1. College of Electrical Engineering, Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China; 2. Department of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China) Abstract：DC capacitor voltage balance is the prerequisite for the safe and stable operation of static synchronous compensator (STATCOM). After analyzing the phenomenon of imbalance of DC capacitor voltage of cascaded static synchronous compensator, a method based on active power vector addition is presented to solve this problem. Through adding active power voltage vector and hierarchical control (the upper and the lower control), control signals can be adjusted and active power can be distributed on demands to supply the loss difference among the cascaded modules. The upper control realizes the whole active and reactive power control by decoupling, the lower control realizes voltage balancing control by adding active power voltage vector. The tactic is clear of physics meaning, simple of algorithm and few coupling among control signals. Simulation results based on Matlab/Simulink and experimental results verify that the presented tactic is correct, effective and workable. Key words：static synchronous compensator; DC capacitor voltage balancing control; active power voltage vector addition; hierarchical control; cascaded multilevel 中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2015)18-0023-08 0 引言链式静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)是一种能够发出或吸收无功的并接在电网上的无功补偿装置，相对于传统的变压器多重化结构的STATCOM，由于具有无需变压器接入、占地面积小、可控性高、能冗余运行等优点而得到日益广泛的研究与应用[1-3]。链式STATCOM直流侧电容彼此相互独立，每个模块间的串并联损耗、开关损耗、触发延时等又存在差异，致使链式STATCOM直流侧电容电压不平衡的问题，进而导致STATCOM输出电压畸变率变高。电压不平衡严重时还会威胁装置的安全运行，因此直流侧电容电压的平衡控制是STATCOM装置安全可靠运行的关键技术之一。目前已有的直流电容电压控制策略可归为两类：一类是通过外部的平衡控制电路或称硬件策略来实现，另一类是通过自身的平衡控制算法或称软件策略来实现。硬件策略方面，文献[1]提出了基于交流母线能量交换的电容电压平衡方法；文献[2]提

新能源知识多项选择题

多项选择题多项选择题，在下列每题的四个选项中，有两个或两个以上答案是正确的。 1、20世纪90年代初，我国确立的新能源发展政策包括（ A B D E ）。（答案在3页） A. 因地制宜 B. 多能互补 C. 节约能源 D. 综合利用 E. 讲求效益 2、关于风的形成，以下说法正确的是（ B C D E ）。(答案在84页) A. 地面各处上空空气稀薄程度存在差异 B. 地面各处受太阳辐照后气温变化不同 C. 空气中水蒸气的含量不同 D. 各地气压存在差异 E. 高压空气在水平方向向低压地区流动 3 、以下（ A B C D ）文件与减少碳排放相关。*（答案在21页）（此题答案不确定是否正确） A. 《里约宣言》 B. 《21世纪议程》 C. 《联合国气候变化框架公约》 D. 《京都议定书》 4、目前,在我国取得成功的生物农业技术大多具有（A B C E ）的特点。(答案在237页) A. 高技术含量 B. 高资源利用效率 C. 减少污染排放 D. 低经济附加值 E. 劳动密集型 5、并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生（C D ）等不良影响。（答案在48页） A. 电流不稳 B. 热能流失 C. 谐波污染 D. 孤岛效应 E. 维护成本高 6、海洋能的主要形式有（A B C）。(答案在34页) A. 潮汐 B. 波浪 C. 盐度梯度 D. 洋流 E. 辐射 7、发展新能源技术装备和产业体系建设措施有（A B C D ）。答案在（27——29页） A. 完善新能源产业链建设 B. 建立技术创新体系 C. 制定和健全新能源发电设备、并网等产品和技术标准 D. 建立完善的新能源产业监测体系 8、生物质发电主要包括（A B C D ）等。（答案在130页） A. 农林废弃物直接燃烧发电 B. 农林废弃物气化发电 C. 垃圾焚烧发电 D. 沼气发电 E. 页岩气发电 9、以下与可持续发展有关的文件是（A B C D ）*（答案在21页）（此题答案不确定是否正确） A. 《我们的未来》 B. 《里约宣言》 C. 《二十一世纪议程》 D. 《京都议定书》 E. 《赫尔辛基宣言》 10、杰里米·里夫金在其著作中总结了人类经济发展的历史,发现（A B C ）的出现与结合,预示着重大经济转型时代的来临。(答案早200页) A. 新型能源系统 B. 新型交通 C. 新型通信技术 D. 新型工业技术 E. 新型农业技术 11、生物质直接燃烧技术包括（A B C D ）。（答案在127页） A. 炉灶燃烧 B. 锅炉燃烧 C. 垃圾焚烧 D. 固体燃料燃烧 E. 气体燃烧 12、以下属于战略性新兴产业有（ A C ）。（答案在8页） A. 新能源 B. 计算机 C. 新能源汽车 D. 高铁 13、生物制氢过程可分为（B D ）。（答案在130页） A. 有氧光合制氢 B. 厌氧光合制氢 C. 有氧发酵制氢 D. 厌氧发酵制氢 E. 光合发酵制氢 14、太阳能热利用技术包括（A B C D ）。（答案在40页） A. 太阳能建筑 B. 太阳能热水器 C. 太阳灶 D. 阳光温室大棚 E. 光伏发电 15、采用实时电价的优缺点包括（B D ）。(答案在189页) A、. 形成市民可随意投资的电力市场B. 能够根据供电和用电的状况实时调整供需关系 C. 强制民众进行电能存储 D. 提高电力系统的防灾抗灾能力 E. 不能利用新能源 16、我国电网调度实现了基于“三华”电网统一模型的实时数据采集和展示,这里的三华是指（A B D ）。（答案在183页） A. 华北 B. 华中 C. 华南 D. 华东 E. 华西 17、专业技术人员和企事业单位管理人员学习新能源知识重要性体现在（ A B C D ）。（答案在6页） A. 了解世界格局的新变化 B. 明确我国转变经济发展方式与调整产业结构的方向 C. 增加新能源领域的知识储备 D. 找到自身工作与新能源的结合点 18、我国新能源政策还存在问题包括（A B D E ）。（答案在23——24页） A. 统计报告及考核评价制度不健全 B. 具有核心竞争力的技术创新激励体系尚未形成 C. 国际能源合作日趋成熟 D. 新能源产业财税及投融资政策还没有体系化 E. 管理体系和市场机制不适应新能源规模化发展需要 19、我国光伏产业发展特点是（ A B C D ）。（答案在76——77页） A. 充分利用国内外市场要素，产业发展国际化程度高 B. 自主创新与引进吸收相结合，形成自主特色产业体系 C. 产业链上下游协同发展，推动光伏发电成本下降 D. 产业呈现集群化发展,有效提高区域竞争力

自适应控制的情况总结与仿真

先进控制技术大作业

自适应控制技术综述及仿真 1自适应控制系统综述 1.1自适应控制的发展背景自适应控制器应当是这样一种控制器，它能够修正自己的特性以适应对象和扰动的动特性的变化。这种自适应控制方法应该做到：在系统运行中，依靠不断采集控制过程信息，确定被控对象的当前实际工作状态，优化性能准则，产生自适应控制规律，从而实时地调整控制器结构或参数，使系统始终自动地工作在最优或次最优的运行状态。自从50年代末期由美国麻省理工学院提出第一个自适应控制系统以来，先后出现过许多不同形式的自适应控制系统。模型参考自适应控制和自校正调节器是目前比较成熟的两类自适应控制系统模型参考自适应控制系统发展的第一阶段(1958年～1966年)是基于局部参数最优化的设计方法。最初是使用性能指标极小化的方法设计MRAC，这个方法是由Whitaker等人于1958年在麻省理工学院首先提出来的，命名为MIT规则。接着Dressber，Price，Pearson等人也提出了不同的设计方法。这个方法的主要确点是不能确保所设计的自适应控制系统的全局渐进稳定；第二阶段(1966～1974年)是基于稳定性理论的设计方法。Butchart和Shachcloth、Parks、Phillipson等人首先提出用李亚普诺夫稳定性理论设计MRAC系统的方法。在选择最佳的李亚普诺夫函数时，Laudau采用了波波夫超稳定理论设计MRAC系统；第三阶段(1974-1980年)是理想情况(即满足假定条件)下MRAC系统趋于完善的过程。美国马萨诸塞大学的Monopoli提出一种增广误差信号法，当按雅可比稳定性理论设计自适应律时，利用这种方法就可以避免出现输出量的微分信号，而仅由系统的输入输出便可调整控制器参数；针对一个控制系统控制子系统S进行研究，通常现代控制理论把大型随机控制系统非线性微分方程组式简化成一个拥有已知的和具有规律变化性的系统数学模型。但在实际工程中，被控对象或过程的数学模型事先基本都难以仅采用简单的数学模型来确定，即使在某一特定条件下确定的数学模型，在条件改变了以后，其动态参数乃至于模型的结构仍然可能发生变化。为此，针对在大幅度简化后所形成的拥有已知的和预先规律变化性的系统数学模型，需要设计一种特殊的控制系统，它能够自动地补偿在模型阶次、参数和输入信号方面未知的变化，

链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制

第29卷第30期中国电机工程学报 V ol.29 No.30 Oct. 25, 2009 2009年10月25日 Proceedings of the CSEE ?2009 Chin.Soc.for Elec.Eng. 7 文章编号：0258-8013 (2009) 30-0007-06 中图分类号：TM 46 文献标志码：A 学科分类号：470?40 链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制刘钊，刘邦银，段善旭，康勇，史晏军，陈仲伟 (华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市 430074) DC Capacitor Voltage Balancing Control for Cascade Multilevel STATCOM LIU Zhao, LIU Bang-yin, DUAN Shan-xu, KANG Yong, SHI Yan-jun, CHEN Zhong-wei (College of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China) ABSTRACT: In order to balance DC capacitor voltage of cascade multilevel static synchronous compensator (STA TCOM), a novel method was proposed based on active power voltage vector superposition in hierarchical control structure. Decoupling control method was adopted to realize both active and reactive power control in the upper layer. The proposed balancing control was applied in the lower layer through adding an active power voltage vector paralleling with output current to the upper output control vector, so active power among homophase chains could be distributed and DC capacitor voltage balance could be achieved. Steady state operation area and operation region of the proposed control method were also analyzed. A prototype of three-phase 36-chain STATCOM had been developed to verify the theory analysis. KEY WORDS: static synchronous compensator(STA TCOM); cascade multilevel; DC capacitor voltage balance; hierarchical control; vector analysis 摘要：针对链式静止同步补偿器中直流电容电压平衡的问题，在分层控制架构的基础上，提出基于有功电压矢量叠加的平衡控制方法。上层通过解耦控制完成三相链接总的有功和无功控制；下层采用所提出的平衡控制，在上层输出的控制量上叠加一个与输出电流方向平行的有功电压矢量对同相链节间的有功进行分配，实现直流电容电压平衡控制。对直流电容电压平衡控制进行矢量分析，得到其稳定工作区域以及所提控制方法的物理意义和调控范围。研制了一台三相36个链节的物理样机，并在样机上进行了实验验证，证明了所提控制方法的有效性和可行性。关键词：静止同步补偿器；级联多电平；直流电容电压平衡；分层控制；矢量分析基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973项目)(2009CB 219701)。 The National Basic Research Program of China (973 Program) (2009CB219701). 0 引言链式静止同步补偿器(static synchronous com- pensator，STATCOM)相对于传统的变压器多重化结构的STATCOM，具有无需多重化接入变压器、占地面积小、效率高、可实现分相控制和冗余运行等优点[1-5]，近年来得到了广泛研究和应用。在链式STATCOM中，直流侧电容彼此独立，而每个链节的并联损耗、开关损耗、调制比和脉冲延时等又存在差异[1]，导致链式STATCOM存在直流侧电容电压不平衡的问题。直流电容电压不平衡会带来许多不利的影响，电容电压的不平衡会使STATCOM输出电压的谐波畸变率增大，当其不平衡度较大时，某些链节的电容电压会偏高，影响到装置的安全运行，严重时会导致系统崩溃[6]。目前直流电容电压平衡控制有2类实现方式：一类是通过外部的平衡控制电路来实现[7-10]，另一类是通过自身的平衡控制算法来实现[4,6,11-13]。通过外部平衡控制电路的方法可以简化控制程序的算法，文献[8]提出了基于交流母线能量交换的直流电压平衡控制方法，让能量在各个逆变单元之间交换；文献[1]在此基础上又提出了基于直流母线能量交换的方法；上述方法均需要额外的硬件电路和控制系统，增加了系统的成本和复杂性，降低了系统的可靠性。利用自身的平衡控制算法实现直流电容电压平衡则不存在上述问题，其基本思想是采用分层控制的方法[4]，上层控制采用解耦控制[14-15]、非线性控制[16-18]、瞬时电流跟踪[19-20]等实现系统中总的有功和无功控制，下层通过平衡控制实现链节间有功的合理分配，保证直流电容电压平衡。文献[4,11-12]通过调节各单元逆变器的移相角来实现电压平衡，

低压无功补偿控制器设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告课题名称低压无功补偿控制器设计系别专业班姓名评分导师（签名） 2011年5月6日中国石油大学胜利学院

低压无功补偿控制器设计开题报告 1国内外研究现状早期的无功补偿装置为同步调相机和并联电容器。同步调相机可理解为专门用来产生无功功率的同步电机，可根据需要控制同步电机的励磁，使其工作在过励磁或欠励磁的状态下，从而发出大小不同的容性或感性无功功率，因此同步调相机可对系统无功进行动态补偿。但是它属于旋转设备，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，成本高，且响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。并联电容器简单经济，灵活方便，但其阻抗固定，不能跟踪负荷无功需求的变化即不能实现对无功功率的动态补偿。随着电力电子技术的发展，近几年出现了多种电力系统无功补偿新技术。电力电子技术是无功补偿技术的基础，电力电子器件向快速、高电压、大功率发展，使采用电力电子器件的无功补偿从根本上改变了交流输电网过去基本只依靠机械型、慢速、间断及不精确的控制的局面，从而为交流输电网提供了空前快速、连续和精确的控制以及优化潮流功率的能力。随着电力电子器件的发展，无功补偿控制器在其性能和功能上也出现不同的发展阶段。无功补偿控制器己由基于SCR的静止无功补偿器（Static Var Compensator-SVC）、晶闸管控制串联电容补偿器（Thyristor Controlled Series Compensator-TCSC）发展到基于GTO的静止无功发生器（Static Var Generator-SVG）、静止同步串联补偿器（StaticSynchoronous Series Compensator-SSSC）、统一潮流控制器（Unified Power FlowController-UPFC）、可转换静止补偿器（Convertible Static Compensator-CSC）等。（1）静止无功补偿器（SVC）早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器（Saturated Reactor-SC）型，1967年英国GEC公司制成了全世界上第一批饱和电抗器型SVC。饱和电抗器与同步调相机相比，具有静止型的优点，响应速度快，但因其铁心需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声都很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，所以未能占据静止无功补偿装置的主流。由于使用晶闸管的SVC具有优良的性能，所以十多年来占据了静止无功补偿装置的主导地位。因此，SVC一般专指使用晶闸管的静补装置。

静止同步补偿器(STATCOM)技术的应用及发展现状

浅谈STATCOM技术的应用及发展现状戚莹莹，吴江峰西安理工大学自动化学院，陕西西安710048 摘要静止同步补偿器（STATCOM）是柔性交流输电系统的核心。详细分析了静止同步补偿器的基本工作原理、分类、元器件选择等，对静止同步补偿器的控制方式进行了综合与比较，综述了静止同步补偿器的应用及发展现状，并提出今后静止同步补偿器的发展趋势。关键字静止同步补偿器；逆变器；控制方式 Abstract Keywords 1 概述静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM ）是柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission System，FACTS）的核心装置和核心技术之一。在此之前，又称ASVG、SVG、STATCON、ASVC，直至1995 年国际高压大电网会议与电力、电子工程师学会建议采用静止同步补偿器（STATCOM）[1]。静止同步补偿器采用新一代的电力电子器件，如：门极可关断晶闸管（GTO），绝缘栅双极型晶体管（IGBT），集成门极换向晶闸管（IGCT），并且采用现代控制技术，其在电力系统中的作用是补偿无功，提高系统电压稳定性，改善系统性能。与传统的无功补偿装置相比，STATCOM 具有调节连续，谐波小，损耗低，运行范围宽，可靠性高，调节速度快等优点，自问世以来，便得到了广泛关注和飞速发展。我国电力工业发展迅速，其需求将保持持续、快速的增长态势而且需求规模在增大，当前我国电力事业可靠性要求高、实用性强；经济效益突出；节能，环保、高效成为主要趋势。STATCOM 的广泛应用使得电力系统更加稳定高效，符合当今社会电力工程发展趋势。 2 STATCOM 的工作原理 2.1 基本工作原理 STATCOM大体上分为电压源型和电流源型，在实际应用中大多使用电压源型（采用电压型变

静止补偿器

1 概述静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）是柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission System，FACTS）的核心装置和核心技术之一。在此之前，又称ASVG、SVG、STATCON、ASVC，直至1995 年国际高压大电网会议与电力、电子工程师学会建议采用静止同步补偿器（STATCOM）。静止同步补偿器采用新一代的电力电子器件，如：门极可关断晶闸管（GTO），绝缘栅双极型晶体管（IGBT），集成门极换向晶闸管（IGCT），并且采用现代控制技术，其在电力系统中的作用是补偿无功，提高系统电压稳定性，改善系统性能。与传统的无功补偿装置相比，STATCOM 具有调节连续，谐波小，损耗低，运行范围宽，可靠性高，调节速度快等优点，自问世以来，便得到了广泛关注和飞速发展。我国电力工业发展迅速，其需求将保持持续、快速的增长态势而且需求规模在增大，当前我国电力事业可靠性要求高、实用性强；经济效益突出；节能，环保、高效成为主要趋势。STATCOM的广泛应用使得电力系统更加稳定高效，符合当今社会电力工程发展趋势。 2 STATCOM 的工作原理 2.1 基本工作原理 STATCOM大体上分为电压源型和电流源型，在实际应用中大多使用电压源型（采用电压型变换器Voltage-sourced inverter，VSI）。图1 用以简单说明基于VSI的STATCOM的工作原理。如图1 所示，STATCOM的主电路结构由直流侧大电容和基于电力电子器件的VSI 组成，通过连接电抗接入电力系统。图中，U1 是在理想情况下（即忽略线路及STATCOM 的损耗）将STATCOM的输出等效为一个可控电压源，US 是系统侧等效成的理想电压源，且两者相位一致。当U1跃US时，从系统流向STATCOM 的电流相位超前系

基于静止同步补偿器的不平衡负荷补偿

基于静止同步补偿器的不平衡负荷补偿发表时间：2019-03-13T11:39:33.407Z 来源：《电力设备》2018年第27期作者：张郝[导读] 摘要：分析了系统不平衡的产生和影响，建立了链式STATCOM的数学模型，设计了应用于不平衡工况下运行的STATCOM控制器，仿真验证了不平衡补偿的有效性。（广州电力设计院有限公司广州 510610）摘要：分析了系统不平衡的产生和影响，建立了链式STATCOM的数学模型，设计了应用于不平衡工况下运行的STATCOM控制器，仿真验证了不平衡补偿的有效性。关键词：静止同步补偿器；数学模型；不平衡补偿；PSCAD/EMTDC 前言随着电力工业技术的发展，电弧炉、整流器、变频调速装置、电气化铁路等非线性负荷的应用越来越广泛，影响电网电能质量。静止同步补偿器（STATCOM）技术是目前国内外研究的热点[1]-[5]，与传统无功补偿装置比较在运行范围、谐波、响应速度、占地面积等方面具有显著优势。本文首先介绍了不平衡负荷的特点，建立了链式STATCOM的数学模型，提出了一种应用于不平衡工况下的STATCOM控制方法，仿真验证了该控制方法的有效性。 1 系统不平衡的特点 1.1不平衡的产生如果电网电压不满足三相电网电压幅值相同，A、B、C三相顺序相角相差120°且波形为正弦波述要求则为三相不平衡系统，其主要原因有不对称故障、三线系统参数不对称等因素[4]。不平衡系统通常有三种情况，即系统电压不对称、负载不对称和运行不对称。当系统不对称时，负载电流就不对称，可以分解为正序分量和负序分量，负序电流会在发电机转子中感应出二倍频交流电流，引起机械振动、转子发热；负载不平衡主要是由于带单相负载或者系统三相带负载不同等；而当系统由于故障而处于非全相运行时，三相负荷严重不平衡，会产生大量的负序和零序分量。 1.2不平衡的影响当三相系统不平衡运行时，其电压、电流中会产生大量负序分量，会对系统和电器设备产生不良影响，主要包括[5]：（1）负序电压会产生制动转矩，使感应电机的最大转矩和输出功率下降，并增加铜耗。（2）当变压器带不平衡负荷运行时，变压器得不到充分利用；（3）三相不平衡系统中的负序分量会导致当动作于负序电流的保护装置误动作，还会使一些负序启动元件对系统故障的灵敏度下降；（4）不平衡系统中的负序电流和零序电流还会产生附加功率损耗，加大线路损耗。由以上可知，不平衡工况将会对电力系统中各电器设备造成较大影响，必须采取有效措施对其进行抑制。 2 链式STATCOM数学模型的建立 2.1 链式STATCOM系统简介链式STATCOM主要由三相链式逆变器构成。每一相逆变器由两个或多个单相全桥电路级联而成，总的输出为级联单元输出的迭加，三相逆变器经连接电抗器并入变电站母线。链式逆变器易于实现冗余和模块化生产，这可以大大提高装置可靠性。 2.2 链式STATCOM数学模型以三相星形连接链式STATCOM为例，建立链式STATCOM数学模型。STATCOM通过连接电抗器接入系统，由于STATCOM三相各自独立，故只对其一相运行进行建模。其微分方程可以表示为：（1）其中，N为级联H桥的单元数；为第个H桥上的直压；为逆变器电流；为电网相电压，V为其有效值；为电网电压与系统电压的夹角；为第j个H桥逆变器的开关函数，如图1所示，当开关器件1，3导通时，；当开关器件2，4导通时，。图1 H桥单元结构示意图通过傅里叶分析可以将直流电容电压分解为直流分量和交流分量之和，即（2）式中，为电容电压的直流分量，为电容电压交流分量。

自适应控制中PID控制方法

自适应PID 控制方法 1、自适应控制的理论概述设某被控对象可用以下非线性微分方程来描述: '()((),(),,) ()((),(),,)x t f x t u t t y t h x t u t t θθ== (1-1) 其中x(t),u(t),y(t)分别为n,p,m 维列向量。假设上述方程能线性化、离散化,并可得出在扰动与噪音影响下的方程: (1)(,)()(,)()()()(,)()() X k k X k k U k k Y k H k X k V k θρθωθ+=Φ++=+ (1-2) X(k),X(k),U(k),Y(k),V(k)分别为n,n,p,m,m 维列向量;(,)k θΦ、(,)k ρθ、(,)H k θ分别为n ×n 系统矩阵、n ×p 控制矩阵、m ×n 输出矩阵。那么自适应控制就就是研究:在矩阵(,)k θΦ,(,)k ρθ,(,)H k θ中的参数向量,随机 {()k ω},{v(k)}的统计特性及随机向量X(0)的统计特性都未知的条件下的控制问题,也就就是说自适应控制的问题可归结为在对象及扰动的数学模型不完全确定的条件下,设计控制序列u(0),u(1),…,u(N- 1),使得指定的性能指标尽可能接近最优与保持最优。自适应控制就是现代控制的重要组成部分,它同一般反馈控制相比有如下突出特点: (l)一般反馈控制主要适用于确定性对象或事先确知的对象,而自适应控制主要研究不确定对象或事先难以确知的对象。

(2)一般反馈控制具有抗干扰作用,即它能够消除状态扰动引起的系统误差,而自适应控制因为有辨识对象与在线修改参数的能力,因而不仅能消除状态扰动引起的系统误差,还能消除系统结构扰动引起的系统误差。 (3)自适应控制就是更复杂的反馈控制,它在一般反馈控制的基础上增加了自适应控制机构或辨识器,还附加了一个可调系统" 1、1模型参考自适应控制系统模型参考自适应控制系统由参考模型、反馈控制器、自适应机构及被控对象组成。此系统的主要特点就是具有参考模型,其核心问题可归纳为如何确定自适应调节律及算法。目前设计自适应律所采用的方法主要有两种:局部参数最优法,如梯度算法等,该方法的局限性在于不一定能保证调节过程总就是稳定的;基于稳定性理论的设计方法,如Lyapunov稳定性理论与Popov超稳定性理论的设计方法。 1、2自校正调节器自校正调节器可分为设计机构、估计器、调节器及被控对象4个部分。此控制器的主要特点就是具有在线测量及在线辨识环节,其核心问题可归纳为如何把不同参数估计算法与不同控制算法相结合。根据参数估计算法与控制算法相结合的情况把自校正控制分为:最小方差自校正控制,其特点就是算法简单、易理解、易实现,但只适用于最小相位系统,对靠近单位圆的零点过于灵敏,而且扰动方差过大时调节过程过于猛烈;广义最小方差自校正控制,可用于非逆稳系统,但难以实现;基于多步预测的自适应控制,适用于不稳定系统等,具有易实现、鲁棒性强的优点;自校正极点配置控制,具有动态性能好、无控制过激现象的特点,但静态干扰特性差;自校正PID控制,具有算法简单、鲁棒性强、待定参数少的特点;增益调度控制,优点就是参数适应快,缺点就是选择合适的列表需要大量的仿真实验,另外离线的计算量大。