静止同步串联补偿器恒功率非线性控制肖湘宁1,赵洋1,叶猛2,王小宁2(1.华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,北京市102206;2.北京电力公司,北京市100020)摘要:首先在dq坐标系下分析了静止同步串联补偿器(SSSC)对于系统潮流的影响,给出了SSSC输出电压d轴与q轴分量的不同功能。分析了SSSC对于潮流控制的特点,进而针对SSSC的恒功率控制方法进行了研究。状态反馈精确线性化方法的引入实现了SSSC输出电压d轴与q轴分量之间的解耦控制。通过2个PI环节的应用,使得d轴与q轴电压分量能分别跟踪直流电容电压与线路潮流,并改善由于状态精确反馈线性化方法的引入所带来的对于系统模型不精确以及参数不确定所引起的弱鲁棒性。数字仿真结果证实了所提出的恒功率控制方法的有效性。关键词:静止同步串联补偿器;恒功率控制;状态反馈精确线性化;容性补偿;感性补偿中图分类号:TM761收稿日期:2008205220;修回日期:2008209208。国家自然科学基金资助项目(50577024)。0引言通过对交流输电系统参数以及网络结构的灵活快速控制,灵活交流输电技术(FACTS)为解决电力系统中的经济运行和安全稳定问题提供了有效的手段[125]。作为一种基于电压源型逆变器(VSC)的串联型FACTS装置,静止同步串联补偿器[6216](SSSC)通过向系统注入一个与线路电流呈恰当相角的电压源来改变输电线路的有效阻抗,进而控制线路潮流,并可有效提高系统稳定性。文献[5]曾将静止同步补偿器(STATCOM)控制过程及数学模型分为系统、装置和器件3个级别。对于SSSC和STATCOM等基于VSC的FACTS装置,其数学模型以及控制策略均可以被分为3个不同的级别。其中,装置级[5]控制策略是控制过程的重要部分。现有有关SSSC的研究成果大都利用SSSC对于线路等效电抗的快速控制能力抑制系统的功率振荡或提高暂态稳定性[9212],都是从系统的角度考察SSSC的运行特性。也有部分文献针对SSSC的装置级控制进行研究[13216]。尚未发现有人将非线性控制理论应用于SSSC装置级控制。到目前为止,人们对于SSSC自身的数学模型研究较少。文献[17]给出了几种模型之间的比较,并给出了适用于装置级的数学模型。本文在此基础上针对SSSC恒功率控制提出了非线性控制方法。首先利用状态反馈精确线性化方法,在dq旋转坐标系下,实现SSSC注入电压d轴分量Vssd与q轴分量Vssq之间的解耦,达到了SSSC输出电压以及直流侧电容电压的独立控制。进而通过外环控制,使得Vid与Viq能够分别对直流电容电压与线路潮流进行控制。此外,PI环节的引入也提高了精确反馈线性化方法对于系统模型不精确、参数不确定的鲁棒性。最后,本文应用PSCAD/EMTDC搭建了仿真模型,并证实了本文所给出的控制方法的有效性。1SSSC对于线路潮流的影响图1给出了SSSC系统的单线结构图。图1装有SSSC的系统Fig.1PowersystemwithSSSC将图1中PS和QS表达式转换至dq坐标系:PS=(VSd-Vssd)VRq+(VSq-Vssq)VRdXS+XR(1)QS=Vssd(2VS-VRd)+VSVRd+VssdVRq-V2S-V2ssXS+XR(2)通常情况下V·S与V·R的相位差不大[18],而且VssqµVssd。由此,分析式(1)、式(2)可知,如以线路—61—第32卷第24期2008年12月25日Vol.32No.24Dec.25,2008电流I·L作为d轴方向,那么SSSC对于PS的影响,主要由SSSC注入系统电压V·ss的q轴分量Vssq来完成。式(1)中也出现了d轴分量Vssd,然而该分量的任务是使得SSSC内部直流电压稳定,始终依照直流电容的变化而变化,不能作为影响PS的控制量。同样,Vssd对于QS的影响实际中亦无法实现,加之Vssq对于QS影响较小,所以SSSC对于线路无功潮流以及末端节点电压的调节能力非常有限。2SSSC的装置级控制方式对于SSSC控制方式的选择,决定了在进行系统级的控制方法求解时,SSSC在系统状态方程中作为哪一种变量出现,例如:可控电压源或可控电抗。装置级控制作为上层与下层控制间的衔接,其性能决定了上层稳定控制策略的效果。根据SSSC在系统中的功能以及对于数学模型的要求,其装置级控制方式共有3种:恒阻抗方式、恒电压方式以及恒功率方式。其中,恒电压控制方式是其他2种方式的基础,而其他2种控制方式较之恒电压具有更明确的目的。恒功率控制方式是使得线路的稳态潮流能够稳定在某一设定值,也就是SSSC的输出电压应随系统运行点的变化而变化,保持...
