專利名稱：一種基于切換系統(tǒng)理論的statcom裝置及其魯棒控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)和魯棒控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于切換系統(tǒng)理論的靜止同步補(bǔ)償器STATCOM(Static Synchronous Compensator)裝置及其H00魯棒控制方法。
背景技術(shù)：
目前對(duì)靜態(tài)無功補(bǔ)償器STATCOM的研究主要集中在主接線方式與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)建模、系統(tǒng)控制方法以及它對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用等方面。由美國西屋公司研制的世界上第一臺(tái)采用門級(jí)可關(guān)斷晶閘管GTO(Gate Turn-Off Thyristor)的STATCOM工業(yè)裝置， 使用多個(gè)逆變器通過曲折變壓器或者普通變壓器與電壓電網(wǎng)相連接，將多個(gè)逆變器輸出的波形移相疊加，得到近似于正弦波形的三相對(duì)稱輸出電壓，以后國內(nèi)外投入運(yùn)行的STATCOM 工業(yè)裝置都采用上述相同的主電路結(jié)構(gòu)，被稱為多重化結(jié)構(gòu)。多重化結(jié)構(gòu)不僅在避開了器件并聯(lián)的均流問題的條件下達(dá)到增大裝置容量的目的，同時(shí)借助于將數(shù)個(gè)變流器輸出的方波信號(hào)組合成階梯波的方法來逼近正弦波，又可在不提高開關(guān)頻率的條件下達(dá)到抑制諧波的目的，因此在大功率變流器中得到廣泛應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)雖十分有效，但由于需要特殊設(shè)計(jì)的曲折變壓器，既提高了造價(jià)，又使系統(tǒng)變的復(fù)雜，而各相之間復(fù)雜的電磁耦合也使得不對(duì)稱時(shí)的分相控制變得困難。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，大容量器件不斷涌現(xiàn)，上述主電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題應(yīng)該不難得到解決，即有可能用單個(gè)逆變器構(gòu)成適當(dāng)容量的STATC0M，同時(shí)利用脈寬調(diào)制 PWM(Pulse Width Modulation)技術(shù)產(chǎn)生所需工頻正弦輸出電壓。目前，在STATCOM主電路中，所采用的主流結(jié)構(gòu)是電壓源逆變器VSI (Voltage source inverter)，但也有研究者進(jìn)行了對(duì)電流源逆變器CSI (Current source inverter)在STATCOM中的應(yīng)用研究，對(duì)基于電流源逆變器的STATCOM的動(dòng)態(tài)模型、穩(wěn)態(tài)性能、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等進(jìn)行了初步研究。STATCOM 裝置可看作是與系統(tǒng)聯(lián)接一個(gè)可控的無功電源。建立一個(gè)適用的，能詳細(xì)反映STATCOM性質(zhì)的數(shù)學(xué)模型是對(duì)裝置進(jìn)行有效控制，進(jìn)而發(fā)揮其應(yīng)有作用的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于切換系統(tǒng)理論的STATCOM裝置及其H00魯棒控制方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，是一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可以有效滿足電力系統(tǒng)非線性無功負(fù)荷急速增加和用戶對(duì)用電質(zhì)量不斷提高的要求的裝置及其控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于切換系統(tǒng)理論的STATCOM裝置，包括含有系統(tǒng)電源 Us和無功負(fù)載的電力系統(tǒng)，其特征在于它是由電抗器L、電壓型逆變器、驅(qū)動(dòng)電路、外環(huán)控制模塊和內(nèi)環(huán)控制模塊組成；其中，所述內(nèi)環(huán)控制模塊是由發(fā)生器組成，外環(huán)控制模塊是由補(bǔ)償電流檢測(cè)算法模塊和控制算法模塊組成，所述補(bǔ)償電流檢測(cè)算法模塊的輸入端采集電力系統(tǒng)中電源側(cè)和無功負(fù)載側(cè)的電流信號(hào)，其輸出端與控制算法模塊的輸入端連接；所述控制算法模塊的輸入端與發(fā)生器的輸入端連接；所述發(fā)生器的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接；所述電壓型逆變器的輸入端與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，其輸出端與電抗器L與電力系統(tǒng)連接。所述外環(huán)控制模塊采用TMS320F2810 DSP芯片。一種基于切換系統(tǒng)理論的STATC0M裝置的H00魯棒控制方法，其特征在于它包括以下步驟1、根據(jù)STATC0M混雜系統(tǒng)的特征建立單相STATC0M混雜系統(tǒng)的等值電路，確定切
換函數(shù)的單相STATC0M混雜系統(tǒng)魯棒控制模型為
權(quán)利要求
1.一種基于切換系統(tǒng)理論的STATCOM裝置，包括含有系統(tǒng)電源Us和無功負(fù)載的電力系統(tǒng)，其特征在于它包括電抗器L、電壓型逆變器、驅(qū)動(dòng)電路、外環(huán)控制模塊和內(nèi)環(huán)控制模塊； 其中，所述內(nèi)環(huán)控制模塊是由發(fā)生器組成，外環(huán)控制模塊是由補(bǔ)償電流檢測(cè)算法模塊和控制算法模塊組成，所述補(bǔ)償電流檢測(cè)算法模塊的輸入端采集電力系統(tǒng)中電源側(cè)和無功負(fù)載側(cè)的電流信號(hào)，其輸出端與控制算法模塊的輸入端連接；所述控制算法模塊的輸入端與發(fā)生器的輸入端連接；所述發(fā)生器的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接；所述電壓型逆變器的輸入端與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，其輸出端與電抗器L與電力系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于切換系統(tǒng)理論的STATCOM裝置，其特征在于所述外環(huán)控制模塊采用TMS320F2810 DSP芯片。
3.一種基于切換系統(tǒng)理論的STATCOM裝置的H00魯棒控制方法，其特征在于它包括以下步驟①根據(jù)STATCOM混雜系統(tǒng)的特征建立單相STATCOM混雜系統(tǒng)的等值電路，確定切換函數(shù)的單相STATCOM混雜系統(tǒng)魯棒控制模型為(圖2)
全文摘要
一種基于切換系統(tǒng)理論的STATCOM裝置，包括電抗器L、電壓型逆變器、驅(qū)動(dòng)電路、外環(huán)控制模塊和內(nèi)環(huán)控制模塊；其控制方法包括建模、信號(hào)采集、同步補(bǔ)償、穩(wěn)定性驗(yàn)證、反饋控制；其優(yōu)越性在于①當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，一方面能使系統(tǒng)穩(wěn)定，另一方面能消除干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響；②確定的電壓輸出函數(shù)可以減少運(yùn)行中考慮的參數(shù)，只需要知道電阻和電感的參數(shù)即可；③按照其H∞控制的定義可知，通過確定的魯棒控制模型，可以確定優(yōu)化指標(biāo)④利用LMI求解控制器的約束條件最為方便；⑤按照切換規(guī)則合理的切換逆變器主電路中的可關(guān)斷器件，可以達(dá)到STATCOM補(bǔ)償?shù)挠行詼?zhǔn)確性，同時(shí)提高了器件利用率和使用壽命。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102324749SQ20111026594
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者劉一琦, 劉進(jìn)華, 周雪松, 田程文, 馬幼捷 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)