统一电能质量控制器的非线性控制策略研究

近年来,随着电力用户对电能质量要求的不断提高,许多国家针对统一电能质量控制器(UPQC)的理论研究和的试验研究都在不断增强。UPQC由串联变流器和并联变流器组合而成,它可以对畸变波形进行补偿、使动态电压快速恢复,具有统一实现多重电能质量调节的功能。 本文着重研究UPQC的综合补偿检测方法和非线性控制策略。在对UPQC串、并联侧变流器补偿方法分别进行研究的基础上,对基于dp0坐标变换的UPQC电压电流综合补偿检测方法进行了研究,该方法不需要利用锁相技术对三相电压进行锁相,避免了由锁相环节带来的检测误差。仿真结果表明,该方法很好的弥补了现有的UPQC检测方法的不足。 UPQC在运行过程中是一个多变量、强耦合、非线性的动态系统,其控制方法有PI控制、双环解耦控制、模糊控制等,但是往往难以做到精确解耦控制。本文采用两种非线性控制策略来设计UPQC的控制器。第一种是状态反馈精确线性化与变结构控制相结合的控制策略。基于dp0坐标系,建立了UPQC的非线性数学模型,利用状态反馈精确线性化理论把非线性系统解耦成伪线性系统,然后利用变结构控制来设计UPQC系统的控制器。第二种是无源控制策略。把dp0坐标系下UPQC的数学模型转化为欧拉-拉格朗日方程的形式,并验证系统的无源性。然后,利用无源控制理论设计UPQC串、并联侧的无源控制器。 结合设计的UPQC综合补偿检测方法,在MATLAB软件中分别建立了UPQC系统的变结构控制模型和无源控制模型,对所设计的控制器的有效性进行验证。仿真结果表明,设计的这两种控制器可以很好的解决电压电流谐波、电压扰动以及负载扰动等电能质量问题,对系统外部扰动和内部电压、电流谐波等变化不敏感,具有很强的鲁棒性。