069]
[0070] 其中，40 + 1)表示k+Ι時(shí)刻iBd的目標(biāo)值，4,(灸+ 1)表示k+Ι時(shí)刻iBq的目標(biāo) 值，0 + 1)表示k+Ι時(shí)刻u2d的目標(biāo)值，w2(?(無(wú)+ 1)表示k+Ι時(shí)刻u2q的目標(biāo)值。
[0071] 由于并聯(lián)側(cè)和串聯(lián)側(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)化后的二階狀態(tài)空間形式一致，故二階離散狀態(tài)空間 為，
[0072] x(k+l) =Ax(k)+Bu(k)
[0073] 其中，x(k+l)和x(k)分別為k時(shí)刻和k+1時(shí)刻的狀態(tài)變量，x(k)eRn，u(k)為k 時(shí)刻的輸入，u(k)eR，R、Rn代表實(shí)數(shù)集，A、B為系統(tǒng)參數(shù)。
[0074] 步驟三，設(shè)計(jì)基于指數(shù)趨近律的滑模切換函數(shù)，得到基于指數(shù)趨近律的滑?？刂?器。
[0075] 得到基于指數(shù)趨近律的滑?？刂破鞯耐茖?dǎo)過(guò)程如下：
[0076] 設(shè)X(k)的目標(biāo)值為r(k)，其導(dǎo)數(shù)為dr(k);
[0077] x(k+l)的目標(biāo)值為r(k+1)，r(k+1) = 2r(k)-r(k-1)，r(k-1)為x(k-l)的目標(biāo) 值；
[0078] r(k+1)的導(dǎo)數(shù)為dr(k+1)，dr(k+1) = 2dr(k)-dr(k_l)，dr(k_l)為r(k_l)的導(dǎo) 數(shù)；
[0079] 定義R0= [r(k)dr(k)]，R!= [r(k+l)dr(k+l)];
[0080] 選擇滑模切換函數(shù)s(k)為，
[0081] s(k) =C(R〇~x(k))
[0082] 其中，C=[cl];
[0083] 則，
[0084] s(k+1) =C(R「x(k+1))
[0085] =CRfCAx(k)-CBu(k)
[0086] 得控制律為，
[0087] u(k) = (CB) 1 (CR「CAx(k)_s(k+1))
[0088] 取基于指數(shù)趨近律的離散趨近律為，
[0089]
[0090] 基于指數(shù)趨近律的滑?？刂破鳛椋?br>[0091] u(k) = (CB) 1 (CRrCAx(k)-s(k) +ΦTs(k) +εTsgn(s(k)))
[0092] 其中，u(k)為滑?？刂破?，c、Φ、ε均為滑?？刂破鞯膮?shù)，c、φ、ε均大于〇， 并且ε為克服攝動(dòng)及外干擾的參數(shù)。ε越大則克服外界攝動(dòng)及外干擾的能力就越強(qiáng)，但 是，可能使系統(tǒng)產(chǎn)生抖振；ε太小影響系統(tǒng)到達(dá)切換面的趨近速度，所以ε開始時(shí)應(yīng)該比 較大，隨時(shí)間變化ε逐漸減小，需要自適應(yīng)調(diào)整。
[0093] 步驟四，將滑模切換函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)作為模糊控制器的輸入，將滑?？刂破鞯膮?shù) 作為模糊控制器的輸出，選擇模糊控制器的模糊化變量，定義模糊集和論域，設(shè)計(jì)二輸入單 輸出的模糊控制器。
[0094] 在采樣時(shí)間固定的情況下，設(shè)模糊控制器的輸入為s和i，分別是s(k)及其導(dǎo)數(shù) ds(k)的模糊化變量，模糊控制器的輸出f為參數(shù)ε的模糊化變量。
[0095] 定義輸出變化范圍為[_3, 3];
[0096] 模糊集為，
[0097] ΡΒ=正大ΡΜ=正中PS=正小
[0098] NS=負(fù)小ΝΜ=負(fù)中ΝΒ=負(fù)大
[0099]則，
[0100]s={NBNMNSZ0PSPMPB}
[0101]
[0102] f={NBNMNSZOPSPMPB}
[0103] 相應(yīng)的論域?yàn)椋?br>[0104]s= {-3 -2 -10+1 +2 +3}
[0105]
[0106]f= {-3 -2 -10+1 +2 +3}
[0107] 模糊變化量均選擇正態(tài)分布隸屬函數(shù)。
[0108] 步驟五，確定模糊控制器的模糊控制規(guī)則，運(yùn)用模糊邏輯和模糊推論法進(jìn)行推論， 得到模糊值。
[0109] 模糊控制規(guī)則的思想是使滑?？刂破鞣€(wěn)定，即h< 0成立，根據(jù)這個(gè)思想涉及的 模糊控制規(guī)則如表一。
[0110] 表一模糊控制規(guī)則
[0111]
[0112] 模糊控制器的輸入和輸出的隸屬度函數(shù)如圖4和5所示。
[0113] 步驟六，采用重心法將推論所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號(hào)，作為滑?？?制器的輸入。
[0114] 采用重心法將推論所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號(hào)的公式為，
[0115]
[0116] 其中，f(k)為轉(zhuǎn)換后明確的控制訊號(hào)值，η為模糊控制規(guī)則的的條數(shù)，μ⑴為第 i條模糊控制規(guī)則的隸屬度，Xl為第i條模糊控制規(guī)則下的模糊值。
[0117] 如圖6所示為兩機(jī)雙線含UPFC輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在MATLAB中建立電磁暫態(tài)仿 真模型，根據(jù)以上控制方法搭建控制器模塊及一次系統(tǒng)仿真模型。
[0118] 將UPFC系統(tǒng)簡(jiǎn)化后二階離散狀態(tài)空間為，
[0119] x(k+l) =Ax(k)+Bu(k)
[0120] 其中，參數(shù)
[0121]建立模糊控制器，定義輸出變化范圍為[-3, 3]，確定如表一所示的模糊控制規(guī)則。
[0122] 假設(shè)采樣周期T= 0. 001s，設(shè)計(jì)基于指數(shù)趨近律的滑?？刂破鳎？刂破鲄?shù)c =30,Φ= 50,ε為模糊控制器輸出。
[0123] 仿真中設(shè)置直流電容電壓階躍擾動(dòng)來(lái)校驗(yàn)控制器的穩(wěn)定性。擾動(dòng)后系統(tǒng)響應(yīng)情況 如圖7所示，模糊控制器輸出ε變化情況如圖8所示。
[0124] 通過(guò)控制結(jié)果可以看出：在系統(tǒng)受到階躍指令擾動(dòng)情況下，采用上述方法能夠快 速穩(wěn)定直流電容電壓，系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)超調(diào)和振蕩，可見該控制方法為系統(tǒng)提供了較大阻尼， 快速達(dá)到控制目標(biāo)期望值，提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能。另外，采用自適應(yīng)控制在系統(tǒng)接近穩(wěn) 態(tài)附近ε極小，反應(yīng)出來(lái)控制器輸出就很?。划?dāng)系統(tǒng)受到階躍擾動(dòng)后由于模糊滑模自適應(yīng) 的優(yōu)點(diǎn)，ε短時(shí)增大以快速抑制擾動(dòng)并平穩(wěn)系統(tǒng)。
[0125] 分別在不采用自適應(yīng)控制和采用上述方法控制兩種情況下進(jìn)行仿真，模糊滑模控 制器輸出對(duì)比結(jié)果如圖9,可見，采用上述方法控制的控制器相比不采用自適應(yīng)控制的控制 器輸出未出現(xiàn)振蕩的情況，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，基于模糊滑模自適應(yīng)的UPFC控制滑 模變結(jié)構(gòu)控制的效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)非自適應(yīng)控制方法，該控制方法對(duì)系統(tǒng)具有更好的適應(yīng) 性，魯棒性較好，能夠在系統(tǒng)具有延遲以及系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)不確定的情況下自適應(yīng)調(diào) 整控制參數(shù)。
[0126] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于模糊滑模自適應(yīng)的UPFC控制方法，其特征在于：包括以下步驟， 步驟一，利用矢量控制的方法和坐標(biāo)變換的方法對(duì)統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè)和串聯(lián)側(cè)系 統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模； 步驟二，對(duì)統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè)和串聯(lián)側(cè)系統(tǒng)進(jìn)行離散化，得到便于模糊滑模自適 應(yīng)控制的二階離散狀態(tài)空間； 步驟三，設(shè)計(jì)基于指數(shù)趨近律的滑模切換函數(shù)，得到基于指數(shù)趨近律的滑?？刂破?； 步驟四，將滑模切換函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)作為模糊控制器的輸入，將滑?？刂破鞯膮?shù)作為 模糊控制器的輸出，選擇模糊控制器的模糊化變量，定義模糊集和論域，設(shè)計(jì)二輸入單輸出 的模糊控制器； 步驟五，確定模糊控制器的模糊控制規(guī)則，運(yùn)用模糊邏輯和模糊推論法進(jìn)行推論，得到 模糊值； 步驟六，采用重心法將推論所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號(hào)，作為滑?？刂破?的輸入。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模糊滑模自適應(yīng)的UPFC控制方法，其特征在于：步驟一 中，對(duì)統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè)和串聯(lián)側(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，即構(gòu)建并聯(lián)側(cè)和串聯(lián)側(cè)系統(tǒng)的 狀態(tài)方程， 并聯(lián)側(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)方程為，其中，LjP1^分別為UPFC并聯(lián)側(cè)變壓器所連接電抗的等效電感和電阻，iEd和iEq為UPFC并聯(lián)側(cè)輸出電流坐標(biāo)分量，usd和usq為電網(wǎng)送端母線電壓，uld和ulq為UPFC并聯(lián)側(cè)變 流器的輸出電壓，ω為電網(wǎng)角頻率； 串聯(lián)側(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)方程為，其中，LjPRB分別為UPFC串聯(lián)側(cè)變壓器所連接電抗的等效電感和電阻，iBd和iBq分別 表示線路及UPFC串聯(lián)側(cè)流過(guò)的電流坐標(biāo)分量，uBd和uBq為UPFC串聯(lián)側(cè)換流器的交流側(cè)輸 出電壓，u2d和u2q為UPFC串聯(lián)側(cè)變流器的輸出電壓。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于模糊滑模自適應(yīng)的UPFC控制方法，其特征在于：步驟二 中， 統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè)系統(tǒng)離散化公式為：其中，k、k+l均表示時(shí)刻，T采樣周期，認(rèn)+ 1)表示k+l時(shí)刻iEd的目標(biāo)值，^ (A： + 1) 表示k+l時(shí)刻iEq的目標(biāo)值，& (灸+1)表示k+l時(shí)刻uld的目標(biāo)值，(灸+1)表示k+l時(shí) 刻ulq的目標(biāo)值； 統(tǒng)一潮流控制器串聯(lián)側(cè)系統(tǒng)離散化公式為：其中，匕R+ ；〇表示k+Ι時(shí)刻iBd的目標(biāo)值，心認(rèn)+ 1)表示k+Ι時(shí)刻iBq的目標(biāo)值， (灸+1)表示k+Ι時(shí)刻u2d的目標(biāo)值，w2(/ (灸+1)表示k+Ι時(shí)刻u2q的目標(biāo)值； 二階離散狀態(tài)空間為， X(k+1) =Ax(k)+Bu(k) 其中，x(k+l)和x(k)分別為k時(shí)刻和k+1時(shí)刻的狀態(tài)變量，x(k)eRn，u(k)為k時(shí)刻 的輸入，u(k)eR，R、Rn代表實(shí)數(shù)集，A、B為系統(tǒng)參數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于模糊滑模自適應(yīng)的UPFC控制方法，其特征在于：步驟三 中，滑模切換函數(shù)為， s(k) =C(R〇-x(k)) 其中，s(k)為滑模切換函數(shù)，RQ=[r(k)dr(k)]，r(k)為x(k)的目標(biāo)值，dr(k)為r(k) 的導(dǎo)數(shù)； 滑?？刂破鳛椋? u(k) =(CB) 1 (CRi-CAx(k)-s(k) +ΦTs(k) +εTsgn(s(k))) 其中，u(k)為滑?？刂破鳎?[r(k+1)dr(k+1)]，r(k+1)為x(k+1)的目標(biāo)值，dr(k+l)為r(k+l)的導(dǎo)數(shù)，C=[cl]，c、(Kε均為滑?？刂破鞯膮?shù)，并且ε為克服攝 動(dòng)及外干擾的參數(shù)，c、Φ、ε均大于0。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于模糊滑模自適應(yīng)的UPFC控制方法，其特征在于：步驟四 中，作為模糊控制器的輸出的滑?？刂破鲄?shù)為ε。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于模糊滑模自適應(yīng)的UPFC控制方法，其特征在于：模糊控 制規(guī)則的思想是使滑?？刂破鞣€(wěn)定，即i< 0 ;其中，s為s(k)的模糊化變量，i為s(k)的 導(dǎo)數(shù)ds(k)的模糊化變量。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于模糊滑模自適應(yīng)的UPFC控制方法，其特征在于：采用重 心法將推論所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號(hào)的公式為，其中，f(k)為轉(zhuǎn)換后明確的控制訊號(hào)值，η為模糊控制規(guī)則的的條數(shù)，μ(i)為第i條 模糊控制規(guī)則的隸屬度，Xl為第i條模糊控制規(guī)則下的模糊值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模糊滑模自適應(yīng)的UPFC控制方法，將滑模變結(jié)構(gòu)控制方法和模糊自適應(yīng)控制結(jié)合用于統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè)換流器、串聯(lián)側(cè)換流器控制中，對(duì)簡(jiǎn)化后的二階離散狀態(tài)空間設(shè)計(jì)基于指數(shù)趨近律的滑?？刂破?，以滑模切換函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)為輸入，以滑?？刂破鲄?shù)為輸出，設(shè)計(jì)了二輸入單輸出模糊控制器對(duì)滑模控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而優(yōu)化滑模控制器，控制系統(tǒng)同時(shí)具有有功、無(wú)功獨(dú)立解耦和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，保持了滑膜控制的魯棒性，也使得UPFC具有參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，抗干擾能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類】H02J3/00
【公開號(hào)】CN105305422
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510662741
【發(fā)明人】衛(wèi)鵬, 劉建坤, 周前, 張寧宇, 汪成根, 陳靜, 朱鑫要, 嵇托
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年10月14日