一种基于神经网络滑模控制的upfc控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及的是统一潮流控制器(UPFC)换流器的控制方法，属于电力电子控制技 术领域，具体设及的是一种基于神经网络滑模控制的UPFC控制方法。
【背景技术】
[0002] 统一潮流控制器(Unified F*ower Flow Controller,简称UPFC)的概念，最先是由 L. Gyug^等人于1992年提出，国外对UPFC研究较早，1998年世界上第一台装置，在美国地区 的138kV的高压输电线路上成功运行，足W说明UPFC的硬件实现是完全可行的，目前工程运 行良好。而我国起步较晚，1995年W后才开始研究。
[0003] 统一潮流控制器(UPFC)作为一种串、并联混合型FACTS元件能够对受控输电线上 的潮流分配和节点电压灵活进行控制，其基本组成模块静止同步补偿器(STATC0M)和静止 同步串联补偿器(SSSC) W及中间的直流电容。统一潮流控制器化PFC)既能在电力系统稳定 方面实现潮流调节，合理控制有功功率、无功功率的流动，提高线路的输送能力，实现优化 运行，又能在动态方面，通过快速无功吞吐，动态地支撑接入点的电压，提高系统电压稳定 性，若适当控制，还可W改善系统阻尼，提高功角稳定性。
[0004] UPFC控制方法多种多样，主要控制方法包括:传统的PI控制、神经网络和模糊自适 应控制、非线性控制、交叉解禪控制、协调控制等方法。如果缺乏对UPFC系统的有效控制措 施，在交流系统发生故障或者扰动时有可能引起换流器的换相失败。若换相失败时间过长 可能引起换流器闭锁，大量的功率将无法通过换流器进行传输，极有可能引起两侧交流系 统的失稳。而如果控制措施得当，在交流系统发生故障后，通过既定的控制策略自动调节 UPFC系统传输的有功和无功功率，减少换相失败的时间甚至防止发生换相失败，就可W充 分利用UPFC系统调节的快速性，对交流系统进行紧急功率支援，或在故障后帮助交流系统 快速恢复，减弱交流系统振荡，保证两侧电网安全稳定的运行。所W研究统一潮流控制器换 流器的稳定控制方法，为统一潮流控制控制系统的工程应用提供技术支持和有利参考，具 有巨大的经济价值和应用前景。
[0005] 目前已经采用的UPFC换流器控制方法主要是基于经典PI控制理论，对系统数学建 模的要求很高，不易得到满意的控制效果，而且鲁棒性不强。
【发明内容】
[0006] 根据国内尚未有基于径向基函数(RBF)神经网络滑模变结构控制的实际工程的情 况，并结合基于指数趋近律的滑模控本发明目的是提供一种基于神经网络滑模控制的UPFC 控制方法，在系统运行点发生改变时和控制系统结构变化时进行仿真验证，结果表明该方 法能够快速有效地控制受控输电线路的有功、无功功率，跟踪性能良好，提高系统在受到扰 动后的稳定性，从而保证电网安全稳定运行。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[000引一种基于神经网络滑模控制的UPFC控制方法，其步骤如下：
[0009] (1)利用矢量控制的方法和坐标变换的方法对已建立的系统数学模型进行解禪， 从而得到便于滑模变结构控制的系统状态方程；
[0010] (2)采用基于指数趋近律的滑模变结构控制器，根据系统误差构造滑模切换函数， 选择合适的滑模控制器参数；
[0011] (3)将切换函数作为RB巧巾经网络的输入，滑模控制器作为RB巧巾经网络的输出，构 造基于高斯函数的RB巧巾经网络；
[0012] (4)设计神经网络的误差，选择神经网络的学习指标，采用随机梯度法加上动量修 正项的方法，得到各个参数的修正公式；
[0013] (5)根据目标变量的物理含义选择合适的量测量计算并输出目标期望控制信号， 并通过空间矢量控制(SVPWM)得到串联侧和并联侧换流器的触发信号。
[0014] 本发明将基于指数趋近律的滑模变结构控制方法(基本结构为变结构控制系统） 用于并联侧换流器、串联侧换流器控制中，构造基于高斯函数的径向基函数(RBF)神经网络 对滑模控制器的输入进行学习，根据滑模切换时状态空间的误差采用随机梯度法加上动量 修正项的方法自适应调整学习参数，在并联侧和串联侧换流器中采用该控制方法，同时具 有有功、无功独立解禪和动态特性优良的优点，具有很好的适应性和鲁棒性，用W提高统一 潮流控制器的并网稳定性，同时结构简单、易于实现。
【附图说明】
[0015] 图1本发明的并联侧等值电路；
[0016] 图2本发明的串联侧等值电路；
[0017]图3本发明的；层前向RB巧申经网络；
[0018]图4本发明的基于RB巧巾经网络和指数趋近律的滑模控制器结构；
[0019]图5本发明的并联侦啦制原理框图；
[0020]图6本发明的串联侧控制原理框图；
[0021 ]图7本发明的两机双线含UPFC输电系统拓扑结构；
[0022] 图8本发明的系统运行点发生改变时直流电压响应情况；
[0023] 图9本发明的系统运行点发生改变时RBF网络权值自适应参数变化情况；
[0024] 图10本发明的控制结构改变时直流电压响应情况；
[0025] 图11本发明的控制结构改变时RBF网络权值自适应参数变化情况。
[0026] 具体实施
[0027] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合
【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[00%]本发明的原理具体叙述如下：
[0029] (1)W滑模变结构控制为基础的干扰观测器需要在解禪的系统状态空间中进行控 审IJ，利用坐标变换分别建立两相旋转坐标系下并联侧和串联侧系统状态方程：
[0030]
[0031]
[00创其中：iEd、i时、iBq、iBd是状态变量，山(1、山。、112(1、112。是控制器输入。
[0033] Le和化表示UPFC并联变压器W及所连接电抗的等效电感和电阻，iEd和iEq分别为 UPFC并联侧输出电流坐标分量，Usd和usq分别为电网送端母线电压，山d和uiq为UPFC并联变流 器的输出电压。
[0034] Lb和化分别表示UPFC串联变压器所连接电抗的等效电感和电阻，iBd和iBq分别表示 线路及UPFC串联侦嘛过的电流坐标分量，化d和U2q为UPFC串联变流器的输出电压，加 d和加 q分 别为串联换流器的交流侧输出电压，ω表示角频率。
[0035] 并联侧和串联侧等值电路图如图1和图2所示。
[0036] (2W并联侧为例，式（1)中状态空间是二阶的，为了简化控制将wLEiEq+Usd和-ω LEiEd+Usq分别作为输入的前馈补偿，则iEd和iEq是解禪的，式(1)并联侧可W转化为两个一阶 状态方程，设XI = iEd，X2 = iEq，山=(ω LEiEq+Usd-山d ) /Le，U2 = ( - ω LEiEd+Usq-山q ) /Le，卯J ( 1 )可 W转化成一阶系统状态空间方程：
[0037]
[003引同并联侧的分析，可W建立串联侧系统状态空间方程：
[0039]
[0040] 其中；X3=iBd，X4=iBq，U3 = ( wLBiBq+加 d+U2d)/LB，U4= (-?LBiBd+加 q+U2q)/LB。
[0041] 式(3)和式(4)的通用形式状态空间为
[0042] x = Ax + u (η)
[0043] 其中：xER为状态变量，Α<0为系统参数。设X的位置指令为r，状态误差为e = r-x
[0044] 构造滑模控制器的切换函数
[0045]
[0046] 其中：C，e，k均为控制器参数并且满足C，e，k>0,采用合适的参数达到快速收敛的 目的。
[0047] (3)构造立层前向神经网络，如图3所示，在R邸网络结构中，乂=山，叫一扯^为网 络的输入向量。设RBF网络的径向基向量H=化山，···hmf，其中hj为高斯基函数，
[004引
[0049] 其中:m为隐含层神经元个数，网络第j个节点的中屯、向量Cj=[Cjl，Cj2，一Cjm]T
[0050] 设网络的基宽向量为
[0051] B=[bi，b2，...bm]T (8)
[0052] 其中：b功节点j的基宽参数，bj>〇DRBF网络的权向量为
[0053] f=[wi,w2,...Wm]T (9)
[0054] R邸网络的输出为
[0化5] ym = W 出 1+W 出 2+...+Wmhm