PDF《S TATCOM 的输入 — 输出反馈线性化滑模变结构控制》

D - S T A T C OM 的输入―输出反馈线性化滑模变结构控制 龚鸿,王渝红,李媛,李兴源,魏亮(四川大学电气信息学院,四川省成都市

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6 5 ) 摘要:为提高配电网静止同步补偿器( D - S T AT C OM) 控制系统动态性能和鲁棒性, 提出一种基于 输入―输出反馈线性化与积分滑模控制相结合的 D - S T AT C OM 控制方法.

该方法利用输入―输出 反馈线性化实现 D - S T AT C OM 有功电流与无功电流的解耦, 消除 D - S T AT C OM 直流侧电容电压 的非线性特性, 使之在支撑公共耦合点( P C C) 处电压的同时快速稳定直流侧电压, 并利用积分滑模 控制增强其对参数摄动的鲁棒性.仿真和物理实验结果表明, D - S T AT C OM 采用文中提出的控制 策略, 配电网 P C C处电压和直流侧电容电压均能快速、 准确地调整到其参考值, 并在外部干扰及参 数变化时具有较强的鲁棒性. 关键词:配电网静止同步补偿器;

输入―输出反馈线性化;

非线性;

积分滑模控制;

鲁棒性 收稿日期:

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修回日期:

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2 9. 上网日期:

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1 8. 教育部博士点基金资助项目(

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0 7 ) .

0 引言 配电网静止同 步补偿器(D-STAT C OM) 作为一种改善电能质量的重要电力电子装置, 具有补偿 无功功率、 减小谐波畸变率, 以及抑制电压闪变和三 相不平衡等功能[

1 - 4] . 与其他设备相比,D - S T AT C OM 响应速度快、 体积小[

5 - 6] , 但其补偿效果 主要取决于控制器的设计, D - S T AT C OM 控制策略 的研究是目前的研究热点. 文献[ 7] 提出一种用于维持静止同步补偿器(STAT C OM) 接入点电压的变结构神经网络控制, 该方法针对电网参数的变化具有较好的鲁棒性、 自 适应性, 但对 S T AT C OM 有功电流 与无功电流之间耦合 关系的讨论不多.基于瞬时功率理论, 文献[

8 ] 提出一种直接电压控制和模糊自适应比例― 积分( P I ) 控制相结合的方法, 该方法算法简单、 容易 实现,侧重于对电压进行直接控制,但D-STAT C OM 并未对输出电流进行控制.通过对 D - S T AT C OM 非线性数学模型的时域分析, 文献[ 9] 提出一种新型的滑模控制方法, 该方法鲁棒性好, 能 较好地抑制电流的毛刺现象, 但没有考虑直流侧电 压因其非线性特性而难以实现快速稳定的问题.文献[

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1 1 ] 针对S T AT C OM 的多变量、 非线性、 强耦 合的系统模型, 提出了一种D-STAT C OM 的非线性控制方法, 实现了D-STAT C OM 输出电压与输出电流耦合关系的消除, 解决了直流侧电压因其非 线性特性而存在难以快速稳定的问题, 但易受内部 参数摄动及外部干扰的影响, 鲁棒性略显不足. 输入―输出反 馈线性化通过坐标变换实现D-STAT C OM 输入―输出的精确线性化, 使其变成完 全或部分解耦的线性控制系统[

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1 4 ] .而滑模控制作 为控制系统的一种综合控制方法, 具有响应快速、 鲁 棒性 强、 无需系统在线辨识、 物理实现简单等优点[

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1 7] .本文利用输入―输出反馈线性化的方法将 D - S T AT C OM 的非线性模型线性化,得到D-STAT C OM 的伪线性模型, 再利用滑模控制理论, 设计出 伪线性系统的积分滑模控制器.其中, 输入―输出反馈线性 化可将D-STAT C OM 的有功电流和无功电流进行解耦, 并且消除直流侧电压非线 性特性, 积分滑模控制在消除控制的静态误差同时, 提高了 控制系统的鲁棒性. 本文在MAT L A B / S i m u l i n k 中进行仿真验证,并设计了一套D-STAT C OM 物理实验模型进行动态模拟物理实验, 验证了该方法的正确性.