包含靜止同步補(bǔ)償器的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與非線性魯棒控制.pdf

1、靈活交流輸電系統(tǒng)是近年來出現(xiàn)的，以大功率電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，用以改善輸電系統(tǒng)性能的控制裝置。本文的研究工作即圍繞靈活交流輸電系統(tǒng)的重要成員—靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)—的有關(guān)問題展開。 研究的主要內(nèi)容包括STATCOM在電力系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用、STATCOM的非線性動(dòng)態(tài)模型、包含STATCOM的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型以及上述模型的精確線性化方法、混合不確定系統(tǒng)的魯棒控制、包含STATCOM的電力系統(tǒng)魯棒分散控制和

2、STATCOM的動(dòng)模試驗(yàn)。 根據(jù)STATCOM的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了STATCOM在電力系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)態(tài)模型。在上述模型的基礎(chǔ)上，得到了包含STATCOM的單機(jī)-無窮大電力系統(tǒng)的二階搖擺方程。據(jù)此，應(yīng)用李雅普諾夫直接法分析了系統(tǒng)穩(wěn)定性。根據(jù)上述搖擺方程，采用首次積分法得到了一種系統(tǒng)的李雅普諾夫函數(shù)，并指出了這種方法的局限性。推導(dǎo)出了一種更實(shí)用的李雅普諾夫函數(shù)，并給出了其充分性證明。以所得李雅普諾夫函數(shù)為基礎(chǔ)，分析了當(dāng)ST

3、ATCOM在系統(tǒng)中穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)組的漸近穩(wěn)定域，并與沒有STATCOM的系統(tǒng)的相應(yīng)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，并給出了仿真估計(jì)結(jié)果。對(duì)于包含STATCOM的單負(fù)荷-無窮大電力系統(tǒng)，分析了STATCOM對(duì)系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性的作用。對(duì)于一種典型負(fù)荷—感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，給出了負(fù)荷母線的無功功率-電壓靜特性。以這一特性為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)有無STATCOM時(shí)運(yùn)行點(diǎn)的電壓穩(wěn)定裕度進(jìn)行了分析對(duì)比。 根據(jù)STATCOM在電力系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)它本身以及與它相聯(lián)的電力系

4、統(tǒng)的電壓電流關(guān)系，推導(dǎo)出一種STATCOM的系統(tǒng)級(jí)非線性暫態(tài)模型，并應(yīng)用派克變換將此模型映射到d-q-0坐標(biāo)下。根據(jù)這一模型和電壓源逆變器的工作原理，得出一種STATCOM的二層控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其次，給出了有STATCOM存在的條件下，電力系統(tǒng)非線性動(dòng)態(tài)模型。由上述模型可見，電力系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)非線性系統(tǒng)，而STATCOM的主體是由大功率電力電子元件組成的逆變電路，它的存在更強(qiáng)化了系統(tǒng)的非線性特性。分別運(yùn)用基于坐標(biāo)變換和狀態(tài)反饋的精確線性化方

5、法和直接反饋線性化方法，對(duì)STATCOM和包含STATCOM的電力系統(tǒng)非線性模型進(jìn)行線性化，得到它們的線性化模型。 在上述STATCOM和電力系統(tǒng)線性化模型中，存在不確定因素。這一方面是由于在模型中需要用到一些遠(yuǎn)程信號(hào)，難以傳輸；另一方面是由于外界對(duì)系統(tǒng)的干擾，其值難以確定。而魯棒控制方法為解決不確定問題提供了有效的手段。為此，首先給出了問題的一般描述，即混合不確定系統(tǒng)的描述，包括系統(tǒng)標(biāo)稱模型、系統(tǒng)不確定因素的類型、不確定界以及

6、有關(guān)分解式。在各個(gè)單一不確定性問題(干擾抑制問題、參數(shù)不確定問題等)的解的基礎(chǔ)上，給出了混合不確定系統(tǒng)的魯棒鎮(zhèn)定問題的解。 將上述干擾抑制問題和混合不確定系統(tǒng)的魯棒鎮(zhèn)定問題的解應(yīng)用到包含STATCOM的電力系統(tǒng)中，給出了其分散控制方法。在包含STATCOM的單機(jī)-無窮大電力系統(tǒng)應(yīng)用中，對(duì)系統(tǒng)的線性化模型作了必要處理，然后分別給出了STATCOM和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁魯棒控制器。與單機(jī)系統(tǒng)相比較，多機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜許多。在包含STATCOM的多機(jī)