一种电力系统无功补偿装置动态输出反馈控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金行业中电力系统无功补偿装置的控制系统设计领域，尤其涉及一 种电力系统无功补偿装置动态输出反馈控制方法。
【背景技术】
[0002] TCR型高压静止型动态无功补偿装置广泛应用于高压、超高压交直流输电系统和 冶金等工业配电网中，其主要作用就是改善供电网运行条件，治理电力公害，提高输、配电 系统的可靠性，抑制系统过电压，改善其动态特性，抑制谐波，减少谐波对电能造成的污染 和电压闪变，稳定系统电压，快速跟踪无功补偿，提高功率因数。
[0003] TCR型高压静止型动态无功补偿装置无功补偿控制系统适用于电压等级为6KV~ 35KV的TCR型SVC装置的自动调节与监控。系统通常采用组屏安装方式，可以完成对TCR 的全面监控。该系统运用快速调节算法，实现对无功的快速补偿，可有效抑制电压波动、闪 变，减少电力系统中的谐波，提高功率因数。从而起到改善电能质量，提高生产效率的作用。
[0004] 需要特别指出的是，状态反馈控制是TCR型高压静止型动态无功补偿装置获得良 好的动静态性能的有效且常用的一种控制手段。但是，由于实际系统的物理限制，控制系统 的状态向量往往是不可测量的，更为不利的是装置本身的非线性特性也使得常规状态估计 方法并不实用。此时，设计高精度的动态输出反馈控制方法，成为TCR型高压静止型动态无 功补偿装置无功补偿控制领域内的一个技术难题。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供一种电力系统无功补偿装置动态输出反馈控制 方法，能够确保高精度的无功补偿装置控制效果。
[0006] 本发明为解决上述问题所采取的技术方案为：一种电力系统无功补偿装置动态输 出反馈控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
[0007] Sl、建立无功补偿装置的离散时间模糊状态方程：
[0009] 其中，x(k)为k时刻的无功补偿装置状态向量，维数为Ii1X I ;x(k+l)为k+Ι时刻 的无功补偿装置状态向量，维数Sn1Xl ;u(k)为k时刻的无功补偿装置输入向量，维数为 n2Xl ;y(k)为k时刻的无功补偿装置输出向量，维数Sn3Xl ;z(k)为k时刻的无功补偿装 置的模糊前件变量，Ii1 (z (k))为k时刻关于z (k)的第i个模糊隶属函数;A1S n i X叫维矩 阵，B1S η '112维矩阵，C $ η 3Χηι维矩阵，且A p (^均为已知矩阵，r为模糊规则数；
[0010] S2、提供一种模糊动态输出反馈控制器：
[0014] 其中，辦:）为k时刻的无功补偿装置状态估计向量，维数Sn1X I ;錢1 + 1)为k+1 时刻的无功补偿装置状态估计向量，维数Sn1Xl ;z(k_l)为k-1时刻的无功补偿装置的模 糊前件变量，Ii1 (z (k-Ι))为k-Ι时刻关于z (k-Ι)的第i个模糊隶属函数；jK幻为k时刻的 无功补偿装置输出估计向量，维数Sn3Xl ;GlP KlP Flj为待求解的模糊动态输出反馈控制 器的参数矩阵，GljS η 1父111维矩阵，K ^为η 1父113维矩阵，F ^为!^※叫维矩阵；
[0015] S3、离线计算模糊动态输出反馈控制器的参数矩阵，计算方法为求解如下形式的 线性矩阵不等式：
[0017] 其中，Pll1和P Η2为待求解的模糊李亚普诺夫矩阵，且其均为η 1父111维矩阵；
[0018] S4、使用模糊动态输出反馈控制器进行无功补偿装置的在线控制，实现对无功的 补偿。
[0019] 本发明的有益效果为：利用模糊建模技术建立起无功补偿装置的离散时间模糊状 态方程，有效地解决了无功补偿装置物理系统中的非线性项处理技术问题；提出一种有别 于以往的模糊动态输出反馈控制器，首次考虑到了 k-Ι时刻的系统状态信息，充分考虑无 功补偿装置的物理特性，并且给出了以线性矩阵不等式形式求解的模糊动态输出反馈控制 器的参数矩阵求解条件；能够确保高精度的无功补偿装置控制效果，实现对无功的快速补 偿，可有效抑制电压波动、闪变，减少电力系统中的谐波，提高功率因数。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明一实施例的方法流程图。
[0021] 图2为本发明一实施例的第一组估计误差曲线。
[0022] 图3为本发明一实施例的第二组估计误差曲线。
[0023] 图4为本发明一实施例的第一组状态曲线。
[0024] 图5为本发明一实施例的第二组状态曲线。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
[0026] 图1为本发明一实施例的方法流程图，一种电力系统无功补偿装置动态输出反馈 控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
[0027] Sl、建立无功补偿装置的离散时间模糊状态方程：
[0029] 其中，x(k)为k时刻的无功补偿装置状态向量，维数为Ii1X I ;x(k+l)为k+Ι时刻 的无功补偿装置状态向量，维数Sn1Xl ;u(k)为k时刻的无功补偿装置输入向量，维数为 n2Xl ;y(k)为k时刻的无功补偿装置输出向量，维数Sn3Xl ;z(k)为k时刻的无功补偿装 置的模糊前件变量，Ii1 (z (k))为k时刻关于z (k)的第i个模糊隶属函数;A1S n i X叫维矩 阵，B1S η '112维矩阵，C $ η 3Χηι维矩阵，且A p (^均为已知矩阵，r为模糊规则数；
[0030] S2、提供一种模糊动态输出反馈控制器：
[0034] 其中，.?(幻为k时刻的无功补偿装置状态估计向量，维数Sn1Xl ; 为k+1 时刻的无功补偿装置状态估计向量，维数Sn1Xl ;z(k-l)为k-1时刻的无功补偿装置的模 糊前件变量，Ii1 (z (k-i))为k-i时刻关于z (k-i)的第i个模糊隶属函数；.?'α)为k时刻的 无功补偿装置输出估计向量，维数Sn3Xl ;GlP KlP Flj为待求解的模糊动态输出反馈控制 器的参数矩阵，GljS η 1父111维矩阵，K ^为η 1父113维矩阵，F ^为!^※叫维矩阵；
[0035] S3、离线计算模糊动态输出反馈控制器的参数矩阵，计算方法为求解如下形式的 线性矩阵不等式：
[0037] 其中，Pll1和P H2为待求解的模糊李亚普诺夫矩阵，且其均为η 1父111维矩阵；
[0038] S4、使用模糊动态输出反馈控制器进行无功补偿装置的在线控制，实现对无功的 补偿。
[0039] 以某钢厂配电网目线上接有一 TCR型高压静止型动态无功补偿装置为例，其离散 时间模糊状态方程为：
[0043] 按照本发明所述方法，可以得到如下可行的模糊动态输出反馈控制器的参数矩 阵：
[0048] F21= 10 3X [-0.2566 0.5058] ,F22= 10 3X [-0.4872 -0.5377]。
[0049] 为了检验本发明提出的无功补偿装置动态输出反馈控制方法的有效性，实施例 中测试了一组数据。在该组测试数据中，系统状态初始值选定为：Xl(〇) =1.5和七(0) =-1. 5 ;而模糊动态输出反馈控制器状态初始值选取为：元(〇) = 3.5和七(0) = 15 6不 失一般性，定义系统状态量和估计量之间的两组偏差信号为：(A)-^(A)和 A⑷= .ν2(Α)-.?·:⑷。图2为本发明一个实施例的第一组状态估计误差ei(k)的曲线，图3 为本发明一个实施例的第二组状态估计误差4〇0的曲线。图4为本发明一个实施例的第 一组状态X1GO曲线，图5为本发明一个实施例的第二组状态X2GO曲线。从图2-图5可 以看出，系统误差能够很迅速的趋近于零，也就是说，本发明方法具有高精度的控制性能， 这也显示出了本发明提供的电力系统无功补偿装置动态输出反馈控制方法的科学性和实 用性。
[0050] 以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术 人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依 据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种电力系统无功补偿装置动态输出反馈控制方法，其特征在于：它包括以下步 骤： 51、 建立无功补偿装置的离散时间模糊状态方程：其中，X(k)为k时刻的无功补偿装置状态向量，维数Sn1Xl;x(k+l)为k+1时刻的 无功补偿装置状态向量，维数为Ii1XI;u(k)为k时刻的无功补偿装置输入向量，维数为 n2Xl;y(k)为k时刻的无功补偿装置输出向量，维数Sn3Xl;z(k)为k时刻的无功补偿装 置的模糊前件变量，Ii1(z(k))为k时刻关于z(k)的第i个模糊隶属函数;A1SniX叫维矩 阵，n'叫维矩阵，C$n3Xni维矩阵，且Ap (^均为已知矩阵，r为模糊规则数； 52、 提供一种模糊动态输出反馈控制器：其中，为k时刻的无功补偿装置状态估计向量，维数Sn1Xl; + 为k+1时刻 的无功补偿装置状态估计向量，维数Sn1Xl;z(k-l)为k-1时刻的无功补偿装置的模糊前 件变量，Ill(z(k-1))为k-1时刻关于z(k-1)的第i个模糊隶属函数；.('(G为k时刻的无功 补偿装置输出估计向量，维数Sn3Xl;GlPKipFu为待求解的模糊动态输出反馈控制器的 参数矩阵，6;。为n丨父叫维矩阵，K;。为n丨父叫维矩阵，F;。为!^※叫维矩阵； 53、 离线计算模糊动态输出反馈控制器的参数矩阵，计算方法为求解如下形式的线性 矩阵不等式：I< / < / < /\1 < / <r,l<.v<r; 其中，Pll1和PH2为待求解的模糊李亚普诺夫矩阵，且其均为n1父111维矩阵； S4、使用模糊动态输出反馈控制器进行无功补偿装置的在线控制，实现对无功的补偿。
【专利摘要】本发明提供一种电力系统无功补偿装置动态输出反馈控制方法，利用模糊建模技术建立起无功补偿装置的离散时间模糊状态方程，有效地解决了无功补偿装置物理系统中的非线性项处理技术问题；提出一种有别于以往的模糊动态输出反馈控制器，首次考虑到了<i>k</i>-1时刻的系统状态信息，充分考虑无功补偿装置的物理特性，并且给出了以线性矩阵不等式形式求解的模糊动态输出反馈控制器的参数矩阵求解条件；能够确保高精度的无功补偿装置控制效果，实现对无功的快速补偿，可有效抑制电压波动、闪变，减少电力系统中的谐波，提高功率因数。
【IPC分类】H02J3/18
【公开号】CN105226674
【申请号】CN201510710456
【发明人】赵昊裔
【申请人】中冶南方工程技术有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月28日