專利名稱：：尤其通過(guò)滑動(dòng)模式方法控制電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中的tcsc的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種尤其通過(guò)滑動(dòng)模式(modesglissants)方法控制電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中的TCSC的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
：對(duì)電能的需求的不斷增長(zhǎng)使大的電能傳輸和分配網(wǎng)絡(luò)飽和。然而在歐洲，在經(jīng)濟(jì)方面具有一定重要性的電力市場(chǎng)的全面開(kāi)放引起了眾多的問(wèn)題，并且尤其指出了大網(wǎng)絡(luò)互連的重要性，因此，較少使用的網(wǎng)絡(luò)可以支持具有更多負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)。2003年夏天，由于非常大的電能需求，在美國(guó)和歐洲(意大利)發(fā)生的大的“中斷(black-out)”(網(wǎng)絡(luò)崩潰或喪失同步性)使運(yùn)營(yíng)商意識(shí)到與需求的發(fā)展相平行的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)的必要性。從那時(shí)起，功率傳送的最大限度變?yōu)橐紤]的新的限制。生產(chǎn)設(shè)備的管理和控制、調(diào)節(jié)、具有機(jī)械斷路器的可變電容器已經(jīng)是用于控制功率流量的主要方法。然而，存在一些需要連續(xù)控制的應(yīng)用，通過(guò)這種方法不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制。通過(guò)控制無(wú)功功率(puissanceréactive)，F(xiàn)ACTS(柔性交流輸電系統(tǒng))系統(tǒng)提供適于這些新的要求的解決方法。在這些系統(tǒng)中，不管最近的先進(jìn)技術(shù)，TCSC(晶閘管控制串聯(lián)電容器)是在經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之間提供最好折衷的解決方案。該系統(tǒng)除了能夠控制無(wú)功功率以外，還能夠增大網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，尤其在面對(duì)次同步諧振現(xiàn)象的出現(xiàn)的情況下。功率(puissance)傳輸原理在能量傳輸網(wǎng)絡(luò)中，由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，然后在該電能在網(wǎng)絡(luò)上傳輸之前，電壓由升壓變壓器增大到超高壓。該超高壓允許在長(zhǎng)距離上傳輸電能，同時(shí)減輕網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)并且最小化熱損耗。然而該超高壓由設(shè)備的絕緣束縛以及電磁輻射現(xiàn)象限制。提供良好折衷的超高壓的水平為400kv到800kv。為了功率可以在電源和接收機(jī)之間通過(guò)，電源電壓應(yīng)該相對(duì)于接收機(jī)電壓相位偏移一個(gè)角度θ。該角度θ被稱為傳送角或線的內(nèi)角。用Vs表示電源側(cè)電壓，用Vr表示接收機(jī)側(cè)電壓，并且用X1表示線的純電感性阻抗，由電源提供的有功功率P和無(wú)功功率Q分別表示為這些表達(dá)式表明在電感性線上傳送的有功和無(wú)功功率是電壓Vs和Vr、阻抗X1以及傳送角θ的函數(shù)。為了增大由線傳送的功率，因此可以涉及以下三種方式-增大電壓Vs和Vr。因此，很快由絕緣距離和安裝尺寸限制。所輻射的電磁場(chǎng)更大。因此要考慮環(huán)境影響。并且，材料更貴，維護(hù)成本高。-涉及傳送角θ。該角是由生產(chǎn)地(sitesdeproduction)提供的有功功率的函數(shù)。對(duì)應(yīng)于Pmax的最大角為θ＝π/2。對(duì)于更大的角，則進(jìn)入曲線P＝f(θ)的下降部分，該部分是不穩(wěn)定區(qū)域。運(yùn)用太大的角θ工作具有喪失網(wǎng)絡(luò)控制的危險(xiǎn)，尤其在網(wǎng)絡(luò)上的臨時(shí)故障(défauttransitoire)(例如相位接地(miseàlaterredesphases))的情況中，返回到正常工作導(dǎo)致傳送角的臨時(shí)增大(以便去除在故障期間產(chǎn)生的能量，該能量不能被負(fù)載使用，并且以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中)。因此，該角不超過(guò)穩(wěn)定性限制是必須的。-涉及阻抗X1的值，可以通過(guò)在線上串聯(lián)安置電容器減小該阻抗的值，因此抵消了由能量傳輸線產(chǎn)生的無(wú)功功率。對(duì)于同一個(gè)傳送角，阻抗X1的值減小，則傳送功率增大。串聯(lián)FACTS是能夠?qū)崿F(xiàn)該抵消無(wú)功功率功能的裝置。在串聯(lián)FACTS中，F(xiàn)C(固定電容)是最普遍的。然而，該FC不允許調(diào)節(jié)抵消程度。如果這種調(diào)節(jié)是必要的，那么可以使用TCSC系統(tǒng)。用于抵消無(wú)功功率的串聯(lián)FACTS的使用FACTS的使用打開(kāi)了新的前景，通過(guò)連續(xù)且快速地作用于網(wǎng)絡(luò)的不同參數(shù)相位差、電壓、阻抗，來(lái)更有效地使用電力網(wǎng)絡(luò)。因此，功率傳送被更好地控制并且電壓被更好的保持，這通過(guò)在高壓和超高壓下、在能量傳輸線的熱強(qiáng)度極限處傳送最大電流，能夠增大穩(wěn)定性的極限并有助于使用能量傳輸線。FACTS可以分為兩類并聯(lián)FACTS和串聯(lián)FACTS-并聯(lián)FACTS尤其包括MSC(機(jī)械投切電容器)、SVC(靜止無(wú)功補(bǔ)償器)和STATCOM(靜止同步補(bǔ)償器)。-串聯(lián)FACTS尤其包括FC(固定電容器)、TSSC(晶閘管投切串聯(lián)電容器)、TCSC(晶閘管控制串聯(lián)電容器)和SSSC(靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器)。串聯(lián)FACTS的最基本形式包括串聯(lián)安置在傳送線上的簡(jiǎn)單電容器(FC)。該電容器抵消線的一部分電感。如果用Xc表示該電容器的阻抗，并且忽略連線的電阻，由被抵消的線傳送的功率寫(xiě)為如果用表示線的抵消率，則以上表達(dá)式變?yōu)閳D1示出了對(duì)于抵消率的三個(gè)不同的值0％(曲線10)，30％(曲線11)，60％(曲線12)，有功功率根據(jù)傳送角的變化。由串聯(lián)抵消帶來(lái)的改善是清晰可見(jiàn)的。事實(shí)上，抵消率直接作用于Pmax的值。因此，補(bǔ)償率越高，傳送功率越大或者對(duì)于同樣的傳送功率傳送角越小。并且，通過(guò)增大穩(wěn)定性極限(即在穩(wěn)定性臨界角之前可用的有功功率的極限)，傳送功率的增大允許改善在能量傳輸線上的臨時(shí)故障的情況下的網(wǎng)絡(luò)整體穩(wěn)定性。然而，具有固定和常量電容的電容器與傳輸線的電感的組合形成具有很小阻尼的諧振系統(tǒng)。在某些特殊情況下，尤其在傳輸線上發(fā)生故障后的返回到連續(xù)的正常工作的情況下，該諧振系統(tǒng)可以通過(guò)與由發(fā)電機(jī)渦輪的主體和軸構(gòu)成的機(jī)械諧振系統(tǒng)的能量交換進(jìn)入振蕩。該能量交換現(xiàn)象(已知地，名為“次同步諧振”SSR)引起大幅度的功率振蕩(并且因此電磁力矩)，因此在某些情況下可以引起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的機(jī)械軸的斷裂。為了減弱這些功率振蕩，因此可以使用可控的串聯(lián)電容器或CSC(可控串聯(lián)電容器)，以便通過(guò)插入的容抗(因此阻抗)的有效控制來(lái)人為地減弱這些振蕩。用于減弱功率振蕩的適當(dāng)?shù)脑O(shè)備使用用于控制該容抗的晶閘管。最常用的裝置是由晶閘管或TCSC控制的串聯(lián)電容器，該裝置對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性問(wèn)題提供好的解決方案，并且是具有最小成本的FACTS中的一個(gè)。用于抵消無(wú)功功率的TCSC的使用如圖2所示，TCSC由兩個(gè)并聯(lián)支路構(gòu)成。第一支路包括兩個(gè)首尾串聯(lián)連接的晶閘管T1和T2和電感L。該支路被稱作TCR或“晶閘管控制電抗器”，用于通過(guò)晶閘管控制電感，該電感可以比作可變電感。第二支路只包括電容器C。與該電容器并聯(lián)安裝的可變電感能夠使TCSC的阻抗變化，同時(shí)抵消由電容器產(chǎn)生的無(wú)功能量的全部或部分。通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角(即在晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通的時(shí)期中的一個(gè)時(shí)刻)來(lái)實(shí)現(xiàn)該阻抗的值的變化。存在一個(gè)對(duì)應(yīng)于LC回路諧振的臨界區(qū)域。圖3能夠示出TCSC根據(jù)觸發(fā)角的全部阻抗。諧振區(qū)域15清晰可見(jiàn)。TCSC主要具有兩種工作模式電容模式和電感模式。工作模式取決于觸發(fā)角的值。TCSC的啟動(dòng)只能實(shí)現(xiàn)在電容模式中。對(duì)于大于諧振值的觸發(fā)角，TCSC處于電容模式，并且電流提前于電壓。因此，TCSC作為電容器工作并且抵消線的一部分電感。因此，圖4示出了在電容模式中的工作，曲線20表示電容電流，曲線21表示線的電流，曲線22表示電容電壓(角α＝65°)。由于來(lái)自電感負(fù)載的電流余量，電容器的端部電壓增大(或升壓)，當(dāng)晶閘管中的一個(gè)(例如T1)閉合時(shí)，該電流余量被加入線電流。該電壓的增大可以由被稱為升壓系數(shù)的比Kb＝XTCSC/XCT特征化，其中XCT僅是電容器的阻抗。在下半個(gè)周期時(shí)，另一個(gè)晶閘管(例如T2)的觸發(fā)允許產(chǎn)生相對(duì)半周的循環(huán)。因此，晶閘管T1和T2的觸發(fā)引起在每半個(gè)周期的電感向電容器C的充電/放電循環(huán)。完整的循環(huán)持續(xù)線電流的一個(gè)完整的周期。兩個(gè)晶閘管T1和T2被并行控制，其中一個(gè)斷開(kāi)而另一個(gè)閉合，這個(gè)順序隨著電流的交替而變化。在電感工作模式的情況下，觸發(fā)角小于諧振的值，并且電流落后于電壓。晶閘管的觸發(fā)順序顛倒。由于存在不可忽略的諧波，電壓嚴(yán)重變形。因此，圖5示出了在電感模式下的工作，曲線25表示電容電流，曲線26表示線電流，曲線27表示電容電壓。TCSC主要用在電容模式中，然而在某些特殊情況下，TCSC應(yīng)該工作在電感模式中。通過(guò)晶閘管的具體控制來(lái)實(shí)現(xiàn)從一個(gè)模式到另一個(gè)模式的轉(zhuǎn)換。這些轉(zhuǎn)換只有在LC電路的時(shí)間常量小于網(wǎng)絡(luò)周期時(shí)是可能的。在正常狀態(tài)下，TCSC端子的電壓經(jīng)過(guò)零(因此，在TCSC中的電流強(qiáng)度的最小值或最大值取決于線電流的交替)準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)于線電流的最大值，即對(duì)應(yīng)于正弦電流的情況下的π/2處。當(dāng)處于正常狀態(tài)的情況下，眾多的模型化計(jì)算是容易的。事實(shí)上，由這種近似法產(chǎn)生的對(duì)稱性能夠大大地簡(jiǎn)化出現(xiàn)在模型化中的不同表達(dá)式。然而，合成模型(modèlerésultant)只在正常狀態(tài)下是有效的，這是很大的限制，因?yàn)橛捎|發(fā)角的變化實(shí)現(xiàn)控制。一旦狀態(tài)臨時(shí)變化(即一旦觸發(fā)角變化)，則上述對(duì)稱性消失，并且如圖6所示，可以觀察到線電流Il(曲線30)的最大值和TCSC端子處的電壓v(曲線31)經(jīng)過(guò)零處之間的相移曲線32表示TCSC的電感中的電流i。該相移由電感和電容之間的持續(xù)(permanent)能量交換引起。只要該角(其可以被視為干擾)保持相對(duì)小的值，則系統(tǒng)可以減弱該干擾并且保持穩(wěn)定。然而，更大的值可以導(dǎo)致能量交換增大，因此導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。觸發(fā)角α和導(dǎo)通結(jié)束角τ可以根據(jù)相移角通過(guò)以下關(guān)系式來(lái)表示TCSC的模型化下面進(jìn)行以下假設(shè)-晶閘管被視作理想的，并且忽略斷開(kāi)或閉合時(shí)的任何非線性，-晶閘管連接在簡(jiǎn)單的線中，該線連接發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)供給到無(wú)限母線，-線電流具有表達(dá)式il＝Ilsin(ωst)并且電流的最大時(shí)刻為π/2，-處于區(qū)間[α，α+π]中。引入以下符號(hào)α晶閘管的觸發(fā)角，τ導(dǎo)通結(jié)束角，σ＝τ-α導(dǎo)通時(shí)間，相移角，ω0諧振角頻率，ωs網(wǎng)絡(luò)角頻率，L電感，R電阻，CTCSC的電容，網(wǎng)絡(luò)角頻率ωs＝2*50*π，諧振角頻率有效電容β半-導(dǎo)通角，u*＝ωsCeff(β*)TCSC的參考等效導(dǎo)納，參考電壓，V1和V2測(cè)量電壓，V1*和V2*參考電壓，和電壓的循跡誤差(erreurdepoursuite)。主要目的是提供能夠在TCSC的整個(gè)工作范圍上表示其動(dòng)態(tài)性能的TCSC狀態(tài)模型。根據(jù)基爾霍夫(Kirchoff)定律以及TCSC的工作描述，管理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)(dynamique)的公式歸納為以下的公式系統(tǒng)其中，q是轉(zhuǎn)換函數(shù)，諸如在ωst∈[α，τ]時(shí)q＝1，在ωst∈[τ，π+α]時(shí)，q＝0。根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)，參數(shù)q可以取兩個(gè)不同的離散值，所獲得的模型與“可變或混合結(jié)構(gòu)”(連續(xù)量和離散量的組合)類型的狀態(tài)模型類似。這種模型除了適于用于混合系統(tǒng)的控制的非常特殊的技術(shù)以外，非常糟糕的適于非線性控制定律(loidecommande)的合成的傳統(tǒng)技術(shù)的使用。為了獲得更合適的模型，現(xiàn)在將會(huì)引入移相器(phaseur)的概念。事實(shí)上，在一個(gè)周期T內(nèi)平均的移相器中的傅立葉分解能夠去除狀態(tài)模型的這個(gè)雙重結(jié)構(gòu)。此處實(shí)現(xiàn)的用于獲得移相器的動(dòng)態(tài)模型的廣義平均方法以以下事實(shí)為基礎(chǔ)正弦x(.)可以在區(qū)間]t-T，t]上通過(guò)傅立葉級(jí)數(shù)被表示為τ∈]t-T，t]其中，Re表示實(shí)數(shù)部分，Xk(t)是傅立葉的復(fù)數(shù)系數(shù)，同樣將其稱為移相器。因?yàn)樗紤]的區(qū)間取決于時(shí)間(可以討論滑動(dòng)窗(fenêtreglissante))，因此這些傅立葉系數(shù)是時(shí)間的函數(shù)。在時(shí)間t處的第k個(gè)系數(shù)(移相器k)由以下的平均值給出Xk(t)＝<x>k(t)其中，k＝0時(shí)c＝1，k＝＞0時(shí)c＝2。獲得狀態(tài)模型，對(duì)于該狀態(tài)模型，以上定義的系數(shù)是狀態(tài)變量。將通過(guò)指數(shù)為k的傅立葉系數(shù)獲得正弦函數(shù)稱為函數(shù)x的k行(rang)的諧波。這是函數(shù)第一諧波被稱為基波。對(duì)于k＝0，系數(shù)X0僅是x的平均值。第k個(gè)傅立葉系數(shù)的導(dǎo)數(shù)由以下表達(dá)式給出還可以注意到，如果f的偶數(shù)諧波為零。用于書(shū)寫(xiě)復(fù)數(shù)的慣例可以變化。涉及TCSC的模型化和控制的大部分文章采用慣例z＝a-ib而不采用z＝a+ib，其是用于此處的書(shū)寫(xiě)慣例。然而，應(yīng)當(dāng)注意，只要以精確的方式將復(fù)數(shù)公式分解為實(shí)部和虛部，并且遵守一開(kāi)始采用的慣例，該選擇不影響所示結(jié)果。在兩種情況中的傅立葉轉(zhuǎn)換同樣是一致的。唯一的明顯不同來(lái)自ωS的符號(hào)。事實(shí)上，當(dāng)采用慣例a-ib時(shí)，虛數(shù)的軸的方向改變，因此，移相器的旋轉(zhuǎn)改變方向并且ωS變?yōu)樨?fù)的。靜態(tài)模型是不可使用的并且顯得不足，因此，將在電壓和電流基波上建立具有動(dòng)態(tài)的模型。通過(guò)使用傅立葉分解，因此將可以建立電壓和電流信號(hào)的移相器的動(dòng)態(tài)。從處理(régissant)以上給出的電壓和電流的動(dòng)態(tài)的公式開(kāi)始應(yīng)用傅立葉轉(zhuǎn)換并且因此獲得模型其中，根據(jù)以上給出dXt/dt的表達(dá)式，以上系統(tǒng)變?yōu)槭紫葘H限定基波。用V1c，V1s，I1c，I1s表示電壓和電流的基波(或第一移相器)的實(shí)部(余弦)和虛部(正弦)。因此，得到V1＝V1c+jV1sI1＝I1c+jI1s已知，對(duì)于整個(gè)符號(hào)，基波的貢獻(xiàn)(contribution)為v1＝V1ccos(ωst)-V1ssin(ωst)因此，<qv>1的計(jì)算給出因此獲得第二階(ordre)的復(fù)數(shù)狀態(tài)模型。通過(guò)將實(shí)部和虛部分開(kāi)，得到4階實(shí)數(shù)模型，該模型的狀態(tài)變量為V1c，V1s，I1c，I1s然而，如果α被控制，則τ取決于電感中的電流通過(guò)零，并且可以由超越公式(équationtranscendante)的解來(lái)確定。因此，τ不是僅取決于V1，I1和Il。但是，某些近似法允許將以上系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為真正的狀態(tài)模型。為此，足以將表示為上述量的函數(shù)。假設(shè)信號(hào)足夠近似于通過(guò)唯一的基波獲得的信號(hào)。因此，可以將表示為線電流的基波和電感中電流的基波之間的偏移，即因此，模型的所有參數(shù)可以根據(jù)V1，I1和Il來(lái)確定。TCSC的控制定律在說(shuō)明書(shū)最后的參考文件[1]定義一種根據(jù)控制定律控制TCSC的裝置，該裝置使得TCSC的電容器端子處的電壓通過(guò)零的時(shí)刻近似等距，在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)能量傳輸線的電流除了包括基波分量以外還包括次同步分量。第二個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的文件，即參考文件[2]描述了基于滑動(dòng)模式的更普通理論的控制定律，目的是找到一個(gè)允許電壓基波跟隨基準(zhǔn)的控制但是該控制定律只在電容狀態(tài)下有效。本發(fā)明的目的是通過(guò)提供新的控制定律來(lái)提供一種用于控制電能網(wǎng)絡(luò)中的TCSC的系統(tǒng)和方法，該新的控制定律產(chǎn)生該TCSC的晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻并且在電容模式和電感模式中工作一樣好。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種用于控制安置在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的高壓線上的TCSC的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括-電壓測(cè)量模塊，能夠提取TCSC的端子處的電壓的諧波；-電流測(cè)量模塊，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波的幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的其它諧波的幅度；-遵循非線性控制定律的調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器在輸入端接收所述電壓測(cè)量模塊和所述電流測(cè)量模塊的輸出，以及對(duì)應(yīng)于想要在所述TCSC端子處獲得的線電壓基波的參考電壓，并且所述調(diào)節(jié)器提供等效導(dǎo)納；-用于根據(jù)提取算法提取控制角的模塊，所述模塊接收所述等效導(dǎo)納并且提供控制角；其特征在于，所述系統(tǒng)還包括-用于TCSC的晶閘管的控制模塊，所述控制模塊接收所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環(huán)提供的零電流基準(zhǔn)，并且其特征在于，所述控制定律為其中滑動(dòng)表面并且f線性插值函數(shù)；V1和V2測(cè)得的電壓；V1＊和V2＊參考電壓；和電壓的循跡誤差。有利地具有f(σ)＝k1atan(k2σ)k1＝(R|V2|+δ)其中k1和k2是正調(diào)節(jié)常數(shù)；δ＞0；R＝ωs/f(β0)；β0β0的平衡值；β0控制角；ωs網(wǎng)絡(luò)的角頻率。有利地，用于提取角的算法包括表格、模型化或二分法檢索。本發(fā)明還涉及一種用于控制安置在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的高壓線上的TCSC的方法，所述方法包括以下步驟-電壓測(cè)量步驟，能夠提取TCSC的端子處的電壓的諧波；-電流測(cè)量步驟，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波的幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的其它諧波的幅度；-遵循非線性控制定律的調(diào)節(jié)步驟，根據(jù)電壓測(cè)量信號(hào)和電流測(cè)量信號(hào)，以及對(duì)應(yīng)于想要在所述TCSC端子處獲得的線電壓基波的參考電壓，來(lái)獲得等效導(dǎo)納；-用于根據(jù)角的提取算法提取控制角的步驟，根據(jù)所述等效導(dǎo)納，來(lái)獲得控制角；其特征在于，所述方法還包括-用于TCSC的晶閘管的控制步驟，使用所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環(huán)提供的零電流基準(zhǔn)，并且其特征在于，所述控制定律為其中滑動(dòng)表面并且f線性插值函數(shù)；V1和V2測(cè)得的電壓；V1＊和V2＊參考電壓；和電壓的循跡誤差。有利地具有f(σ)＝k1atan(k2σ)k1＝(R|V2|+δ)其中k1和k2是正調(diào)節(jié)常數(shù)；δ＞0；R＝ωs/f(β0)；β0β0的平衡值；β0控制角；ωs網(wǎng)絡(luò)的角頻率。有利地，所述控制定律可以由“滑動(dòng)模式”方法確定。圖1示出了對(duì)于抵消率的三個(gè)不同的值，根據(jù)傳送角的有功功率。圖2示出了TCSC的電路圖。圖3示出了TCSC的根據(jù)觸發(fā)角的阻抗。圖4示出了在電容模式中的TCSC的工作。圖5示出了在電感模式中的TCSC的工作。圖6示出了在電容模式中的TCSC的電流和電壓曲線。圖7示出了本發(fā)明的系統(tǒng)。圖8示出了在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，根據(jù)β角的TCSC的等效導(dǎo)納。圖9示出了在表面σ＝0上的動(dòng)態(tài)性能。圖10至14示出了通過(guò)參考文件[2]中定義的控制定律和通過(guò)本發(fā)明的控制定律獲得的比較結(jié)果。具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的用于控制電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中的TCSC的系統(tǒng)在圖7中示出。該TCSC設(shè)置在高壓線40上，并且包括電容器C、電感L和兩個(gè)晶閘管T1和T2。該控制系統(tǒng)39包括-電壓測(cè)量模塊41，能夠提取TCSC的端子處的電壓諧波；-電流測(cè)量模塊42，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線40中流通的電流的其它諧波的幅度；-遵循確定的非線性控制定律的調(diào)節(jié)器43，所述調(diào)節(jié)器在輸入端接收所述電壓測(cè)量模塊41和所述電流測(cè)量模塊42的輸出，以及對(duì)應(yīng)于想要在所述TCSC端子處獲得的線電壓基波(諧波1至50Hz)的參考電壓Vref，并且所述調(diào)節(jié)器提供等效導(dǎo)納；-用于根據(jù)角提取算法(例如表格、模型化或二分法研究)提取控制角的模塊44，所述模塊接收所述等效導(dǎo)納并且提供控制角；-用于TCSC的晶閘管T1，T2的控制模塊45，所述控制模塊接收所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環(huán)46提供的零電流基準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的用于控制設(shè)置在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的高壓線40上的TCSC的方法，所述方法包括以下步驟-電壓測(cè)量步驟，能夠提取TCSC的端子處的電壓諧波；-電流測(cè)量步驟，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波的幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的其它諧波的幅度；-遵循非線性控制定律的調(diào)節(jié)步驟，根據(jù)電壓測(cè)量信號(hào)和電流測(cè)量信號(hào)，以及對(duì)應(yīng)于想要在所述TCSC端子處獲得的線電壓基波的參考電壓，來(lái)獲得等效導(dǎo)納；-用于根據(jù)提取算法提取控制角的模塊44，根據(jù)所述等效導(dǎo)納，來(lái)獲得控制角；-用于TCSC的晶閘管(T1，T2)的控制步驟，使用所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環(huán)提供的零電流基準(zhǔn)。為了更確切地描述本發(fā)明方法，以下將會(huì)依次分析現(xiàn)有技術(shù)的控制定律以及本發(fā)明的第一和第二控制定律?，F(xiàn)有技術(shù)的控制定律現(xiàn)在，將分析在參考文件[2]中描述的現(xiàn)有技術(shù)的控制定律。該控制定律通過(guò)使用“滑動(dòng)模式”理論獲得。專用于控制非線性系統(tǒng)的通過(guò)滑動(dòng)模式的控制被認(rèn)為針對(duì)它的魯棒性質(zhì)量以及施加于驅(qū)動(dòng)器的限制。這種類型控制的調(diào)節(jié)(réglage)難以應(yīng)用于工業(yè)。并且，不存在設(shè)計(jì)通過(guò)任何高階滑動(dòng)模式的控制的系統(tǒng)方法。設(shè)計(jì)通過(guò)滑動(dòng)模式的控制分為兩個(gè)步驟1.使系統(tǒng)處于滿足所期望條件的穩(wěn)定變化范圍(variétéstable)(到達(dá)階段)；2.在如此定義的“表面”上“滑動(dòng)”直到所要求的平衡(滑動(dòng)階段)。例如考慮以下的二階系統(tǒng)考慮以下假設(shè)·f和g是非線性函數(shù)；·g為正。希望使該系統(tǒng)處于平衡。因此，第一步在于構(gòu)造導(dǎo)致所期望平衡的穩(wěn)定變化范圍如果x1是穩(wěn)定的，其中a＞0(或者在復(fù)數(shù)情況下Re(a)＞0，其中Re＝實(shí)部)。因此，可以相對(duì)于穩(wěn)定變化范圍定義坐標(biāo)，該穩(wěn)定變化范圍給出一組如以下定義的表面s＝x2+ax1同樣具有因此，以上方程系統(tǒng)在表面s＝0上是穩(wěn)定的。因此，一旦將系統(tǒng)帶到該表面上，則肯定朝向平衡聚合(converger)。因此，現(xiàn)在應(yīng)該使該表面吸引(attractive)系統(tǒng)。為此可以使用拉薩爾自變數(shù)(argumentsdeLassalle)?？紤]以下函數(shù)該函數(shù)在原點(diǎn)處肯定是零，并且在其它任何地方肯定為正。該函數(shù)根據(jù)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)為如果對(duì)于s＞0，f(x)+g(x)u+ax2＜0對(duì)于s＝0，f(x)+g(x)u+ax2＝0對(duì)于s＜0，f(x)+g(x)u+ax2＞0則被定義為負(fù)。因此如果對(duì)于s＞0，u＜β(x)對(duì)于s＝0，u＝β(x)，β(x)＝-[f(x)+ax2]/g(x)對(duì)于s＜0，u＞β(x)則確保穩(wěn)定性。這由控制定律u＝β(x)-Ksign(s)來(lái)保證。通過(guò)應(yīng)用該控制定律，因此朝向由s＝0定義的表面聚合，導(dǎo)致所期望的平衡?？梢允褂迷摶瑒?dòng)模式理論來(lái)找到應(yīng)用于TCSC情況的新的控制(commande)。為了計(jì)算該控制，利用TCSC的簡(jiǎn)化模型，該簡(jiǎn)化模型基于普通模型通過(guò)分析線性系統(tǒng)的特征值，可以驗(yàn)證電流I的移相器的動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電壓的移相器的動(dòng)態(tài)。因此，系統(tǒng)可以表示為其中Il＝T，V＝[V1，V2]T。β表示導(dǎo)通的半-周期，并且Ceff(β)表示準(zhǔn)-穩(wěn)態(tài)的有效電容，并由以下公式給出為了更大的精確度，可以考慮線電流和TCSC中的電壓之間的相移角因此，具有其中此處β0表示準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)的半-導(dǎo)通角。為了分離和β0，可以認(rèn)為是要抑制(amortir)的已知干擾。因此，執(zhí)行以下近似法Ceff(β)＝Ceff(β0+φ)在電容區(qū)域由于具有因此還可以通過(guò)以下方式近似因此，系統(tǒng)方程變?yōu)樽詈笠豁?xiàng)還可以寫(xiě)為矩陣K(V，β0)的結(jié)構(gòu)顯示該非線性項(xiàng)在第二行上引起衰減(amortissement)(僅在電容模式中)。為此，在制定控制定律時(shí)的工作主要集中在V1的動(dòng)態(tài)中的衰減上。還可以觀察到，K(V，β0)同時(shí)取決于系統(tǒng)的狀態(tài)和控制。此外，希望通過(guò)只考慮Ceff(β0)而不考慮其在K(V，β0)中的影響來(lái)提取控制角β0。因此，優(yōu)選地定義新的控制變量u＝ωsCeff(β0)，并且計(jì)算u。然后，可以通過(guò)例如二分法檢索推導(dǎo)角β0。如果想要通過(guò)同時(shí)考慮在K(V，β0)和Ceff(β0)上的效應(yīng)來(lái)獲得角β0，則過(guò)程變得及其復(fù)雜。為了方便設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過(guò)程，同時(shí)去除項(xiàng)K(V，β0)V中的控制信號(hào)的影響，考慮該項(xiàng)在平衡點(diǎn)處的估值，這允許獲得以下線性項(xiàng)其中，K是正的半-限定(semi-définie)的矩陣，常量是β0是β0的平衡值。還注意到R＝ωs|f(β0)|。系統(tǒng)最終簡(jiǎn)化為或現(xiàn)在，可以通過(guò)更傳統(tǒng)的方式來(lái)計(jì)算控制定律，因?yàn)樗p在模型中清楚地顯現(xiàn)出來(lái)。為了計(jì)算控制定律，此處的目標(biāo)是找到u，并且隨后找到β0，使得V＝[V1，V2]T跟隨基準(zhǔn)假設(shè)線電流為正弦并且被表示為il(t)＝|il|sin(ωst)，其中，參考在該方法中，定義一個(gè)表面，該表面是狀態(tài)的線性組合，然后證明該表面包括所期望的平衡點(diǎn)，并且證明在該表面上出發(fā)的所有軌跡都朝平衡點(diǎn)會(huì)聚。因此，通過(guò)使用Lyapunov函數(shù)，足以使如此定義的表面是有吸引力的(attractive)。通過(guò)以下方式定義表面其中如此的表面表示狀態(tài)變量上的誤差和。因此，希望朝向?qū)?yīng)于零誤差和的表面σ*＝0會(huì)聚。因此，考慮二次函數(shù)該函數(shù)H根據(jù)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)為在已知線電流幅度的情況下，可以使用以下控制系統(tǒng)其中，f是諸如σf(σ)＜0，f(0)＝0.的函數(shù)。因此，獲得對(duì)于f，可以選擇“符號(hào)”函數(shù)的近似法f(σ)＝-k1atan(k2σ)其中，k1和k2是正調(diào)節(jié)常量(constantesderéglage)。通過(guò)應(yīng)用以上的控制u，因此可以使表面σ＝0有吸引力。為此，應(yīng)該通過(guò)找尋合適的增益k1和k2使的表達(dá)式為負(fù)，k2僅用于“弄平”ο周圍的符號(hào)函數(shù)。因此，無(wú)論項(xiàng)取什么值，通過(guò)選擇合理的k1值，可以使得保持為負(fù)。一旦實(shí)現(xiàn)表面，保持驗(yàn)證在該表面上的系統(tǒng)性能，以便確保朝向平衡點(diǎn)引導(dǎo)。因此，分析在該表面上的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)。在該表面上，控制u變?yōu)橥ㄟ^(guò)該控制，被限定到σ＝0的的動(dòng)態(tài)為對(duì)于獲得該動(dòng)態(tài)的平衡，并且給出這直接地導(dǎo)致(用(.)表示(.)的平衡值)。因此，除了點(diǎn)(0，0)以外，找到第二個(gè)平衡點(diǎn)。然而，的動(dòng)態(tài)表示點(diǎn)(0，0)是系統(tǒng)唯一的普通平衡點(diǎn)，因?yàn)橐坏￢2不等于0，該動(dòng)態(tài)就進(jìn)入(amèneà)原點(diǎn)。通過(guò)限定在電容狀態(tài)，因此具有u＞0，如圖8所示。因此，當(dāng)V2＜0時(shí)，方程表示反之，當(dāng)V2＞0時(shí)，具有因此，可以得出結(jié)論一旦在表面σ＝0上，控制u就導(dǎo)致所期望的平衡點(diǎn)，如圖9所示。無(wú)論是對(duì)于魯棒性還是對(duì)于動(dòng)態(tài)，該控制被證實(shí)是最有效的，然而，對(duì)于允許工作在電感模式的k1和k2，沒(méi)有一個(gè)調(diào)節(jié)可以被找到。事實(shí)上，如更上面已經(jīng)描述的，該控制只在電容狀態(tài)是有效的。在電感狀態(tài)時(shí)，具有u＜0，并且以上應(yīng)用的推理不再有效。事實(shí)上看到，一旦在平面上，該控制不導(dǎo)致它的平衡狀態(tài)，因?yàn)楝F(xiàn)在，當(dāng)V2＜0時(shí)，方程使得并且相反地，當(dāng)V2＞0時(shí)，具有本發(fā)明的目的在于將該控制定律擴(kuò)展到電感領(lǐng)域。本發(fā)明的控制定律在以上的工作模式中，問(wèn)題來(lái)自，在電感模式時(shí)，當(dāng)V2＞0時(shí)，減小，相反地當(dāng)V2＜0時(shí)，增大。如果更改表面s，以便將其安置在圖9中的平面的象限I和III中，則系統(tǒng)在平面上的動(dòng)態(tài)性能與在電容模式時(shí)相同，控制趨向于平衡點(diǎn)。因此，采用與電容模式同樣的推理，這次，假定保持和以前相同的Lyapunov函數(shù)這次導(dǎo)數(shù)變?yōu)橐虼?，要使用的控制u為因此，的表達(dá)式變?yōu)橥ㄟ^(guò)與以前同樣的方式，通過(guò)在增益上操作函數(shù)f(σ)，可以使該表達(dá)式為負(fù)。因此，可以在該新的表面上分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。在該平面上，控制u變?yōu)橥ㄟ^(guò)該控制u，限定到σ＝0的的動(dòng)態(tài)為因此，原點(diǎn)變?yōu)槲ㄒ坏钠胶恻c(diǎn)。如圖8所示，u＜0。因此，當(dāng)V2＜0時(shí)，方程使得并且相反地，當(dāng)V2＞0時(shí)，因此可以得出結(jié)論一旦在平面σ＝0上，控制u確實(shí)趨向于所期望的平衡點(diǎn)。在討論普通情況(即，電容+電感)時(shí)，因此可以考慮以下的滑動(dòng)表面Lyapunov函數(shù)的導(dǎo)數(shù)的一般形式為可以寫(xiě)成控制u為因此，現(xiàn)在已經(jīng)表達(dá)了既工作在電容模式也工作在電感模式的控制定律?，F(xiàn)在希望方便調(diào)節(jié)并且最優(yōu)化已建立的控制定律。本發(fā)明的控制定律的最優(yōu)化Lyapunov函數(shù)的導(dǎo)數(shù)的一般形式為現(xiàn)在，將會(huì)計(jì)算k1的值，該值允許項(xiàng)k1atan(k2σ)抵消項(xiàng)使得這兩項(xiàng)的和保持為負(fù)無(wú)論和V2是什么，那么然而，函數(shù)atan(k2σ)僅是函數(shù)sign(σ)的近似值，因此，獲得如果σ＞0，則-k1+sign(V1*)RV2＜0，如果σ＞0，則k1+sign(V1*)RV2＞0。因此，選擇可變?cè)鲆鎘1＝(R|V2|+δ)是足夠的，其中δ＞0，以便使?jié)u進(jìn)原點(diǎn)穩(wěn)定，即使得表面σ＝0有吸引力。圖10至14示出了通過(guò)諸如參考文件中[2]定義的現(xiàn)有技術(shù)的控制定律以及通過(guò)本發(fā)明的控制定律獲得的比較結(jié)果。因此，圖10示出了在電容模式時(shí)獲得的無(wú)諧波工作，其中-曲線I表示參考信號(hào)；-曲線II通過(guò)參考文件[2]的控制定律獲得；-曲線III表示根據(jù)本發(fā)明的最佳控制定律。如在這些曲線上清晰可見(jiàn)地，本發(fā)明的控制定律的動(dòng)態(tài)大于參考文件[2]的控制定律的動(dòng)態(tài)。圖11示出了在電感模式時(shí)本發(fā)明的控制定律的普及化(généralisation)，其中，在電容模式時(shí)，在0至0.9秒之間工作，在電感模式時(shí)，在0.9至2秒之間工作。曲線II表示本發(fā)明的控制定律，其在TCSC的整個(gè)工作范圍內(nèi)(電容模式和電感模式)普及參考文件[2]中描述的控制定律。曲線III表示通過(guò)本發(fā)明的最佳控制定律(通過(guò)可變?cè)鲆?獲得的結(jié)果。圖12示出了包括諧波的線電流(30％諧波3，20％諧波5，10％諧波7)。因此，圖13示出了在電容模式時(shí)通過(guò)如此線電流的工作。在與通過(guò)參考文件[2]獲得的曲線II比較后，可見(jiàn)本發(fā)明的最佳控制定律(曲線III)能夠減小靜態(tài)誤差并且改善動(dòng)態(tài)(更快地會(huì)聚)。圖14示出了在兩個(gè)工作模式上通過(guò)如此的線電流的工作。曲線II表示本發(fā)明的控制定律，其在TCSC的整個(gè)工作范圍內(nèi)普及參考文件[2]中描述的控制定律?？梢?jiàn)，在大諧波率的情況下，在電感模式中獲得的性能不可接受。相反地，通過(guò)如曲線III所示的本發(fā)明的最佳控制定律(可變?cè)鲆?獲得非常令人滿意的工作。參考文獻(xiàn)US5801459G.Escobar，A.Stankovic，P.Mattavelli，R.Ortega，″OnthelinearcontrolofTCSC″(IEEEPortoTechConference，September10-13，2001，Porto)。權(quán)利要求1.一種用于控制安置在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的高壓線(40)上的TCSC的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括-電壓測(cè)量模塊(41)，能夠提取TCSC的端子處的電壓的諧波；-電流測(cè)量模塊(42)，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波的幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的其它諧波的幅度；-遵循非線性控制定律的調(diào)節(jié)器(43)，所述調(diào)節(jié)器在輸入端接收所述電壓測(cè)量模塊和所述電流測(cè)量模塊的輸出，以及對(duì)應(yīng)于想要在所述TCSC端子處獲得的線電壓基波的參考電壓，并且所述調(diào)節(jié)器提供等效導(dǎo)納；-用于根據(jù)提取算法提取控制角的模塊(44)，所述模塊接收所述等效導(dǎo)納并且提供控制角；其特征在于，所述系統(tǒng)還包括-用于TCSC的晶閘管(T1，T2)的控制模塊(45)，所述控制模塊接收所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環(huán)(46)提供的零電流基準(zhǔn)，并且其特征在于，所述控制定律為其中滑動(dòng)表面并且f線性插值函數(shù)；V1和V2測(cè)得的電壓；V1*和V2*參考電壓；和電壓的循跡誤差。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，用于角的所述提取算法包括表格、模型化或二分法檢索。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，具有f(σ)＝k1atan(k2σ)k1＝(R|V2|+δ)其中k1和k2是正調(diào)節(jié)常數(shù)；δ＞0；R＝ωs/f(β0)；β0β0的平衡值；β0控制角；ωs網(wǎng)絡(luò)的角頻率。4.一種用于控制安置在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的高壓線(40)上的TCSC的方法，所述方法包括以下步驟-電壓測(cè)量步驟，能夠提取TCSC的端子處的電壓的諧波；-電流測(cè)量步驟，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波的幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的其它諧波的幅度；-遵循非線性控制定律的調(diào)節(jié)步驟，根據(jù)電壓測(cè)量信號(hào)和電流測(cè)量信號(hào)，以及對(duì)應(yīng)于想要在所述TCSC端子處獲得的線電壓基波的參考電壓，來(lái)獲得等效導(dǎo)納；-用于根據(jù)角的提取算法提取控制角的步驟，根據(jù)所述等效導(dǎo)納，來(lái)獲得控制角；其特征在于，所述方法還包括-用于TCSC的晶閘管(T1，T2)的控制步驟，使用所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環(huán)提供的零電流基準(zhǔn)，并且其特征在于，所述控制定律為其中滑動(dòng)表面并且f線性插值函數(shù)，V1和V2測(cè)得的電壓，V1＊和V2＊參考電壓，和電壓的循跡誤差。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，用于角的所述提取算法通過(guò)使用表格、模型化或者二分法檢索獲得。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述控制定律根據(jù)滑動(dòng)模式方法確定。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，具有f(σ)＝k1atan(k2σ)k1＝(R|V2|+δ)其中k1和k2是正調(diào)節(jié)常數(shù)；δ＞0；R＝ωs/f(β0)；β0β0的平衡值；β0控制角；ωs網(wǎng)絡(luò)的角頻率。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于控制安置在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的高壓線(40)上的TCSC的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括電壓測(cè)量模塊(41)；電流測(cè)量模塊(42)；遵循非線性控制定律的調(diào)節(jié)器(43)，該調(diào)節(jié)器在輸入端接收電壓測(cè)量模塊和電流測(cè)量模塊的輸出，以及對(duì)應(yīng)于想要在TCSC端子處獲得的電壓基波的參考電壓；用于根據(jù)提取算法提取控制角的模塊(44)；用于TCSC的晶閘管(T1，T2)的控制模塊(45)，該控制模塊接收由給出電流位置的鎖相環(huán)(46)提供的零電流基準(zhǔn)。文檔編號(hào)H02J3/18GK101675568SQ200880013629公開(kāi)日2010年3月17日申請(qǐng)日期2008年4月22日優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日發(fā)明者阿卜杜勒卡里姆·本希伊布,澤格·普蘭,揚(yáng)妮克·魏勒申請(qǐng)人:阿?，m輸配電股份公司