UPFC并联侧控制器设计及仿真_刘小园

UPFC并联侧控制器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 及仿真_刘小园 第22卷第1期2005年02月 文章编号:1005-0523(2005)01-0076-04 华东交通大学学报 JournalofEastChinaJiaotongUniversityVol.22　No.5Feb.,2005 UPFC并联侧控制器设计及仿真 刘小园,章勇高 1 1,2 ,朱鹏程,刘黎明,康　勇 111 (1.华中科技大学,湖北武汉,430074;2.华东交通大学,江西南昌,330013) 摘要: 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了UPFC的工作原理及结构模型,阐述了UPFC并联侧逆变器的控制策略.由并联侧逆变器 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 模型给出旋转dq坐标系中的简化模型,并用此模型建立了基于dq解耦的双闭环控制结构,进而设计双闭环电流、电压调节器参数,并给出了MATLAB仿真结果. 关　键　词:UPFC;逆变器;PI调节器;自动电压调节器;解耦中图分类号:TP391.6　　　　　　文献标识码:A 1　引　言 灵活交流输电系统(FACTS)为电力系统的灵 活性、可控性以及稳定性提供了新的技术手段,并成为电力系统研究领域的一个新热点.统一潮流控 [2]制器(UPFC:UnifiedPowerFlowcontroller)作为 [1] 2　UPFC工作原理及结构模型[3～6 ] FACTS家族最杰出的潮流调节控制器,更是备受关注,UPFC可以对有功、无功和电压分别进行控制,对于优化电力系统的运行、提高系统的暂态稳定、阻尼系统的振荡具有显著的作用. UPFC由一个STATCOM和一个SSSC通过直流侧电容耦合而成,本文将在UPFC动态模型的基础上,重点分析并联侧逆变器在UPFC中的作用,并以此为依据提出并联逆变器的控制策略.通过分析逆变器模型建立该逆变器的在DQ坐标系下的数学方程,给出各个控制参数设计的具体过程.最后通过MATLAB/SIMULINK的仿真给出仿真波形验证设计参数的合理性,为实验做好准备. 如图1,UPFC由两个共用直流侧电容的逆变器组成,逆变器1吸收电网有功为逆变器2提供有功和补偿有功损耗,避免电容电压跌落厉害而使系统崩溃,同时逆变器1通过并联变压器T1向电网提供无功以支撑电网端电压稳定.逆变器2通过串联变压器T2向电网注入一个幅值和相位都可调的串联电压,控制线路潮流.控制的大小和相位可以调节逆变器1输出的无功和吸收的有功,控制的幅值和相位可以调节线路的有功和无功潮流 收稿日期:2004-04-05 作者简介:刘小园(1975-),男,在读研究生. [5] . 第1期　　　　　　　　　　　　　　　刘小园,等:UPFC并联侧控制器设计及仿真　　　　　　　　　　　　　　　　　77 3　UPFC并联侧逆变器数学模型及控制系 统[7][8] 　　并联逆变器调节目的,一是有功调节,即稳定直流侧电容电压,从电网吸取有功补充串联侧抽走的有功和整个UPFC的有功损耗;二是无功调节,即输出无功以稳定电网的端电压.本文确定调节有功时采用电流前馈加双PI环控制结构即电流前馈加电压外环加电流内环,在调节无功时采用双环控制结构即外环采用自动电压控制模式加电流PI内环. UPFC并联侧逆变器由主电路和控制电路两大部分组成,通过变换矩阵Tabc-dq进行3/2变换[7],把abc坐标系下的方程变换到dq坐标系下,定义电网三相电压合成矢量为d轴,dq坐标系下方程为: L did =-Rid+ωLiq+usd-urddt (1) 使近线性控制变量,两者之间必须进行解耦. usd=u1-ωLiq+urdusq=u2+ωLid+urq 得 did =-Rid+u1dtdiqL=-Riq+u2 dtL (3)(2) 式中u1,u2为辅助控制变量,综合式(1)(2)可 通过控制u1,u2可以独立地控制id,iq,进而可以独立地控制并联逆变器输出的有功P和无功Q. 图2是整个系统解耦后的控制框图,电压控制 器和电压反馈构成udc外环同时由负载电流作前馈控制,电压调节输出和负载电流前馈一起构成d轴 电流指令值.电流控制器和电流反馈构成内环,但电流内环只是整个电流控制的一部分,电流控制还包括电流状态反馈解耦和电网扰动补偿[6].整个控制系统中udc的电压环和电流环皆为PI调节环,Us的电压调节器由PI调节环和下垂特性比例因子组成. diqL=-ωLid-Riq+usq-urq dt 电流的d轴分量和q轴分量存在耦合,所以为 4　控制系统控制器的设计 4.1　电流控制器的设计 馈通道的滤波,更接近于实际情况.TL是电感时间常数,KR=1/R.KPWM表示整流器的放大倍数,TS为变换器的延时,等于开关周期的一半.Kif,Tif分别是反馈通道的放大系数和滤波时间常数.Gi(s)为PI调节器,τc=Kcp/Kci,Kcp,Kci分别为PI调节器的比例系数和积分系数. 电流环系统的开环传递 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 是 cipwmRifc(4)Woi(s)s(TLs+1)(Tss+1)(Tifs+1) 令τc=TL且用时间常数为Tsf的一阶环节代替,Tsf+T解耦后的d,q电流环控制器相当于对图3的 　　　　　　　　　　　　　　　　　华东交通大学学报　　　　　　　　　　　　　　　　2005年78 数为: 2 W′K/Tsfωoin Wci22 1+WoiS2ss+2ξωn+ωn TsfTsf 计算电压调节器PI参数的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 和4.1节一致.4.3　有功调节的前馈调节器设计 考虑控制的快速性而又避免电压调节的超调过大,本文有功控制中增加了电流前馈支路(见图2),KL根据输入与输出功率平衡得到,取1～8ms.4.4　电网电压调节器设计[6] 并联侧逆变器输出或吸收无功,防止输入无功太多使发电机工作在振荡区而导致系统崩溃.为避免与发电机励磁调节冲突,电网端电压调节采用自动电压模式进行电压调节(见图2).KsL为下垂因子,20～150ms,τ20～150ms,τ10～50ms,τR=s=R=1/(K1＊KsL),Kp为很小或者为0. (5) 其中:ξ,ω,K=KciKpwmKRKifn=2KTsfsf 根据二阶系统的基本特征,算出ξ=0.707时的环路增益K,进而计算出电流调节器PI参数.4.2　直流电压电压调节器的设计 直流电压电压调节器作为外环调节,可以稳定输出直流电压.输入电流与输出直流电压之间的传递函数为 [8] 3RL其中K0m,Tp=0.5RLC,Tz4udcRi 直流电压Udc电压调节器采用PI调节,Gudc(s)τ1us+=Kui,式中τKup/Kui(6) u=s 故直流电压udc电压调节环的控制原理如图6 5　仿真结果 用SIMULINK进行仿真研究,仿真参数:发电机单相有效值462V,发电机输出与UPFC接入处之间有0.1Ψ电阻和16mH的电感,变压器的变比为2.5∶1、Y-■接法,UPFC输出线电压为184.8V,UPFC侧线路电阻R=0.1Ψ和电感L=6mH.直流侧电容8000uF,直流母线电压400V,等效UPFC串联侧和UPFC的损失RL=1000Ψ.开关频率取5.4k,计算Kpwm=0.377,KR=10,Kif=1,Tsf=0.932ms,TL=60ms,由式(5)计算电流调节器的PI参数Kci=142,Kcp 由于电流闭环的作用,动态过程中iq的变化很 小.图4中Wci(s)表示电流的闭环传递函数.由于Wci(s)是二阶的,对电流闭环传递函数作降阶处理,[7]Wci(s)近似等于,故系统的开环传递函 2Tsfs+1 数: KuiK0(τ1)(1-Tzs)us+ Woυ(s)(7) s(1+Tps)(2Tsfs+1) 令,τKui＊K0,,简化开环传递函数u=Tp,K1=为 K1(1-Tzs) W′s)(8)ov(s(2Tsfs+1) 相对应的系统闭环传递函数为 W′K1(1-Tzs)/2Tsfou WcuK11+Wou21-TzK1 s2T2T sf =8.52;计算K0=283,Tp=4s,Tz=1.3ms,由式(10)计算电压调节器的PI参数Kui=0.463,Kup=1.4;依据4.3所述计算KL=1.76,取τ依据4.4dc为1ms;所述计算KsL=4.27,τ20ms,KI=11.7,Kp=0.9,R=τ03.直流侧电阻在0.5s从1000Ψ突减到s=0. 20Ψ,直流电压经过很小跌落很快恢复,见图5;在0.3s～0.6s时电网侧突加无功负载100mH,下垂作用明显,见图6,线1是经调节后的图,线2是没有调节的图形.图中横坐标1000代表0.1s. (9) sf 时间常数Ts较小可忽略,式(11)进一步简化为 2 K1/2Tsfωn 210) Wci2(1-TzK1K1s+2ξωm+ωn2 s2Tsf2Tsf 第1期　　　　　　　　　　　　　　　刘小园,等:UPFC并联侧控制器设计及仿真　　　　　　　　　　　　　　　　　79 [3]C.T.Chang,Y.Y.Hsu,DesignofUPFCcontrollersandsup- 6　结　论 本文简要论述了UPFC的作用、模型及工作原理,根据原理给出并联侧相应的控制策略,然后对UPFC并联侧进行模型分析并给出了具体控制系统,并进行了控制系统的参数整定,最后通过仿真对设计参数进行验证,证明参数具有良好的动态和稳态性能,为实验装置的研制做好准备.参考文献: [1]N.G.Hingorani,L.Gyugyi,“UnderstandingFACTS:con-ceptsandtechnologyofflexibleactransmissionsystems”,IEEEpress,2000. [2]GyugyiL.Unifiedpower-flowcontrolconceptforflexibleAC transmissionsystems,IEEEProceedings-C,1992,139(4). plementarydampingcontrollerforpowertransmissioncontrolandstabilityenhancementofalongitudinalpowersystem,IEEEProceedings-C,2002,149(4). [4]Sreenivasachar,Kannan,“Unifiedpowerflowcontroller:Mod-eling,stabilityanalysis,controlstrategyandcontrolsystemde-sign”DissertationAbstractsInternational,2001,62(2).[5]章良栋,岑文辉,刘为.UPFC的模型及控制器研究[J]. 电力系统自动化,1998,22(1). [6]IEEESpecialStabilityControlsWorkingGroup.Staticvarcom-pensatormodelsforpowerflowanddynamicperformancesimu-lation[J].IEEETransonPWRS,1994,9(1):229-240.[7]XiongJian,SimplifiedcontrolcircuitofthreephasePWMrecti-fier,AppliedPowerElectronicsConferenceandExposition,1999,14(1):229-233. [8]杨德刚,赵良炳,刘润生,三相高功率因数整流器的建 模及闭环控制[J].电力电子技术,1999(5). ControlDesignandSimulationofShuntInverterofUPFC LIUXiao-yuan1,ZHANGYong-gao1,2,ZHUPeng-cheng1,LIULi-ming1,KANGYong1 (1.HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074;2.EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China) Abstract:TheoperationalprincipleandmodelofUPFCareanalyzedinthepaper,andthecontrolstrategyofparallelin-verterofUPFCisgiven.Accordingtothemathmodeloftheinverter,thesimplemodelinthesynchronouslyrotatingdqframeisgivenandthedqdecouplingdoublecloseloopcontrollerisbuilt.AndtheparameterofthedoublecloseloopcontrolleriscalculatedandtheMATLABsimulateresultisgiveninthispaper.Keywords:UPFC;inverter;PIregulator;auto-voltageregulator;decoupling