基于自抗擾控制策略的SVC在風電系統(tǒng)中的應用研究

【摘要】：隨著風力發(fā)電的蓬勃發(fā)展，電壓穩(wěn)定性及其無功補償問題成為其主要問題之一。以異步電機為代表的風力發(fā)電系統(tǒng)吸取無功功率的特性導致風電系統(tǒng)較常規(guī)電力系統(tǒng)的電壓更加不穩(wěn)定，目前普遍的做法是通過無功補償器對風電場進行無功補償。無功補償作用的發(fā)揮和很多方面有關系，包括容量和裝設點的地點等因素，其中無功補償器的控制方式也對其作用的發(fā)揮有著巨大影響。自抗擾控制器是一種不依賴系統(tǒng)確定模型的控制方式，這種控制策略有很好的魯棒性和適應性。本文應用自抗擾控制（ADRC）策略對風電系統(tǒng)中的SVC控制問題進行了探索研究。本文主要工作如下： （1）針對風電系統(tǒng)的特殊性，應用自抗擾控制策略進行了靜止無功補償器的控制器設計研究。因為風電場的輸出是個大范圍變化的不可預測的時變量，本文建立風電場靜態(tài)模型的方法是將看它作為整個系統(tǒng)的一個PQ節(jié)點，整個風電系統(tǒng)模型為含SVC的單機無窮多母線系統(tǒng)，對此系統(tǒng)進行分析，以維持風電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定為控制目標，進而設計了針對此風電系統(tǒng)SVC的自抗擾控制器，首先設計TD安排了過渡過程，解決了噪聲污染和微分信號的提取問題，然后設計ESO將內(nèi)擾動和外擾動歸結為總擾動進行估計和補償，最后設計NL使反饋更加合理，實現(xiàn)了小誤差大增益，大誤差小增益。仿真實驗證明自抗擾控制器能快速，適時適量的進行無功補償，在系統(tǒng)發(fā)生故障時也能迅速回復，較PI控制器，自抗擾控制器有著更好的快速性、適應性和魯棒性。 （2）運用分岔理論對SVC和線性自抗擾控制器（LADRC）的參數(shù)進行了靜分岔研究。靜分岔理論對非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題可以有效的分析，而風電系統(tǒng)正是一個典型的非線性動力系統(tǒng)，所以可以運用靜分岔理論對風電系統(tǒng)穩(wěn)定性進行分析。首先分析了靜止無功補償器對風電系統(tǒng)的影響，然后以風電系統(tǒng)SVC中的線性自抗擾控制器的比例參數(shù)Kp為分岔參數(shù)，得到風電系統(tǒng)母線電壓鞍結分岔邊界。通過3機6節(jié)點簡單系統(tǒng)的仿真證明了風電系統(tǒng)在進行SVC補償后，其臨界有功功率和無功功率的輸出及其電壓穩(wěn)定性得到了加強，而線性自抗擾控制器的控制參數(shù)Kp增大可有效提高風電場的電壓穩(wěn)定性。 【關鍵詞】：風電系統(tǒng) 靜止無功補償器 自抗擾控制 電壓穩(wěn)定性 靜態(tài)模型 靜分岔鞍結分岔邊界
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 本課題研究背景9-10
• 1.2 研究的意義和目的10-11
• 1.3 靜止無功補償器（SVC）及其常規(guī)控制方式11-15
• 1.3.1 靜止無功補償器11-12
• 1.3.2 靜止無功補償器的常規(guī)控制方式12-15
• 1.4 本文主要工作15-16
• 第二章 自抗擾控制技術16-29
• 2.1 自抗擾控制理論16-22
• 2.1.1 自抗擾控制理論的提出16-17
• 2.1.2 跟蹤微分器（TD）17-19
• 2.1.3 擴張狀態(tài)觀測器（ESO）19-21
• 2.1.4 非線性反饋（NL）21
• 2.1.5 自抗擾控制器存在的問題21-22
• 2.2 線性自抗擾控制22-25
• 2.2.1 線性擴張狀態(tài)觀測器（LESO）22-23
• 2.2.2 線性自抗擾控制器的結構23
• 2.2.3 線性自抗擾控制器的控制效果23-25
• 2.3 仿真分析25-27
• 2.3.1 算例描述25-26
• 2.3.2 仿真結果分析26-27
• 2.4 小結27-29
• 第三章 基于自抗擾控制策略的風電系統(tǒng) SVC 控制器研究29-42
• 3.1 風電場模型29-30
• 3.2 TSC+TCR 型 SVC30-33
• 3.2.1 TSC+TCR 型 SVC 的結構30-32
• 3.2.2 TSC+TCR 型 SVC 的仿真模塊32-33
• 3.3 基于風電系統(tǒng)的 SVC 自抗擾控制器設計33-37
• 3.3.1 SVC 自抗擾控制器設計34-36
• 3.3.2 SVC 線性自抗擾控制器設計36-37
• 3.4 本文采用的常規(guī) PID 控制器37
• 3.5 仿真分析37-41
• 3.5.1 算例描述37-38
• 3.5.2 仿真結果分析38-41
• 3.6 小結41-42
• 第四章 基于靜分岔理論的 SVC 和 LADRC 控制器分析42-47
• 4.1 分岔理論介紹42-43
• 4.1.1 分岔定義42
• 4.1.2 電力系統(tǒng)中的分岔42-43
• 4.2 雙饋異步發(fā)電機靜態(tài)數(shù)學模型43
• 4.3 靜分岔分析43-46
• 4.3.1 算例描述43-44
• 4.3.2 SVC 對風電系統(tǒng)的影響44-45
• 4.3.3 線性自抗擾控制器的參數(shù) kp 對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響45-46
• 4.4 小結46-47
• 第五章 結論與展望47-48
• 參考文獻48-51
• 發(fā)表論文和科研情況說明51-52
• 致謝52-53
• 附錄一：自抗擾控制器編程53-56

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