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链式静止同步补偿器自适应反步控制器

更新时间：2019-12-24 18:29:19 大小：2M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：同步补偿器自适应反步控制器 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对链式静止同步补偿器(STATCOM)系统非线性特性,提出一种链式STATCOM自适应反步控制器.该控制器采用反步法的递归思想获得链式STATCOM的虚拟控制输入,并根据确定性等价原理设计系统的中间控制率,利用该中间控制率完成电压控制器设计.通过中间控制率和实际控制率的偏差量构造系统的李雅普诺夫方程,利用李雅普诺夫的渐近稳定性原理,获得能够保证链式STATCOM系统稳定的控制输入和系统参数的自适应率.实验结果进一步验证了所设计自适应反步控制器的正确性和有效性.

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2017 年 12  
月
电 工 技 术 学 报  
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY  
Vol.32 No. 24  
Dec. 2017  
第 32 卷第 24 期  
DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.160583  
链式静止同步补偿器自适应反步控制器  
陈晓菊 张 杭 张爱民 王建华  
（西安交通大学电气工程学院 西安 710049）  
摘要 针对链式静止同步补偿器（STATCOM）系统非线性特性，提出一种链式 STATCOM  
自适应反步控制器。该控制器采用反步法的递归思想获得链式 STATCOM 的虚拟控制输入，并根  
据确定性等价原理设计系统的中间控制率，利用该中间控制率完成电压控制器设计。通过中间控  
制率和实际控制率的偏差量构造系统的李雅普诺夫方程，利用李雅普诺夫的渐近稳定性原理，获  
得能够保证链式 STATCOM 系统稳定的控制输入和系统参数的自适应率。实验结果进一步验证了  
所设计自适应反步控制器的正确性和有效性。  
关键词：链式静止同步补偿器 自适应反步控制器 中间控制率 李雅普诺夫方程 自适应率  
中图分类号：TM464  
Adaptive Backstepping Controller of  
Cascaded Static Synchronous Compensator  
Chen Xiaoju Zhang Ηang Zhang Ai’min Wang Jianhua  
（School of Electrical Engineering Xi’an Jiao Tong University Xi’an 710049 China）  
Abstract Adaptive backstepping controller of cascaded static synchronous compensator  
(STATCOM) was proposed in this paper considering the nonlinear characteristic of cascaded  
STATCOM system. The controller obtained virtual control input of cascaded STATCOM by adopting  
the recursive idea of backstepping. It designed the system interim control rate according to the principle  
of certainty equivalence principle. Using the above system interim control rate, the design of voltage  
controller was completed and the Lyapunov equation of cascaded STATCOM system was set up. Using  
the Lyapunov asymptotic stability principle, the control inputs and adaptive rate of system parameters  
to ensure the stability of cascaded STATCOM were obtained. The correctness and effectiveness of  
adaptive backstepping controller was validated through experiments.  
Keywords：Cascaded static synchronous compensator, adaptive backstepping controller, interim  
control rate, Lyapunov equation, adaptive rate  
步补偿器中，链式 STATCOM 是十分重要的一类。  
由于链式 STATCOM 采用 H 桥串联，因此其总输出  
电压及装置容量可以成倍提高，并且可以对每个链  
节采用相位偏移控制，从而使最终叠加而成的总输  
出电压谐波含量很小[6]。此外，链式连接方式有利  
于模块化和冗余设计，装置的可靠性将大大提高。  
链式结构另一个突出优点是可以单相独立控制，在  
0
引言  
静 止 同 步 补 偿 器 （ Static Synchronous Com-  
pensator, STATCOM）是柔性交流输电系统的重要组  
成部分，是静止无功补偿的发展方向[1-5]。在 静 止 同  
国家自然科学基金（51177126）和陕西省重大科技创新项目专项  
资金（2008ZKC01-09）资助项目。  
电力系统三相不平衡时，装置仍可正常运行[7-9]  
链式 STATCOM 的控制策略是实现 STATCOM  
。
收稿日期 2016-05-03 改稿日期 2016-7-21  
万方数据  
206  
电 工 技 术 学 报  
2017 年 12 月  
装置快速动态无功功率控制的关键。根据内环控制  
器有无电流反馈，STATCOM 控制策略可分为间接  
电流控制和直接电流控制。间接电流控制具有出色  
的静态特性，控制结构简单，不需要电流传感器，  
控制成本低。然而，间接电流控制也具有电流超调  
量大、系统稳定性差、响应速度慢的不足。直接电  
流控制通过直接控制电流信号使其跟随给定电流的  
变化，不仅可以使系统获得高功率因数，还可以控  
制直流侧电压的稳定。电流内环通过对指令电流信  
号的限幅控制，能有效避免系统过电流，从而达到  
过电流保护的目的。目前，各国学者针对 STATCOM  
的直接电流控制方法展开了大量研究，取得了很多  
有价值的研究成果，使直接电流控制在 STATCOM  
择扰动变换的自适应律得到补偿，因此反步法对不  
确定扰动具有良好的自适应性和鲁棒性[25,26]。链式  
STATCOM 中损耗的不确定性和电抗器因温度变化  
而产生的变化在此自适应律下得到很好的控制效  
果，因此可以采用反步控制方法来实现链式 STATCOM  
的高性能自适应控制。  
本文将反步法应用到链式 STATCOM 的系统控  
制中，针对 STATCOM 系统的未知参数，设计自适  
应反步控制器。通过实验结果证明该自适应反步控  
制器设计的有效性。  
1
自适应反步法原理  
采用简单的二阶模型来进一步分析自适应反步  
控制系统中得到了广泛应用[10-13]  
。
法，即  
一般而言，上述电流控制策略简单易于理解，  
在电网电压平衡或者不平衡条件下都得到了广泛应  
用。但是当系统遭受各种未知扰动或者主电路参数  
发生变化时，采用比例积分（PI）调节器的常规电  
流控制策略将很难使系统得到满意的动态性能。由  
于 STATCOM 系统本身具有非线性特性，一些学者  
将非线性控制以及一些先进的智能控制方法引入到  
.
x = x +θφ(x )  
⎧
⎨
1
2
1
（1）  
.
x = u  
⎩ 2  
式中，x1、x2 为状态变量；θ 为未知参数；u 为控制  
输入； φ(⋅) 为非线性函数。  
ˆ
假设自适应估计器的估计值为 θ ，则参数估计  
~
ˆ
误差可记为 θ = θ −θ 。下面采用反步法来进一步开  
展控制律的设计，步骤如下。  
STATCOM 系统中，并取得了一定的研究成果[14-17]  
1981 年，中科院韩京清教授首次提出了直接反  
馈线性化方法。该方法通过状态变换和反馈将非线  
性系统进行线性化处理，即通过选取不同的状态变  
量来简化系统的数学模型。与精确线性化方法相比，  
该方法不需要复杂的数学推导及坐标变换，更易于  
工程实现[18]。有文献[19]基于该方法为 STATCOM  
设计了非线性控制器，并利用实验验证该控制器在  
改善系统运行稳定性方面的有效性。但采用该方法  
设计 STATCOM 系统的控制量时，一般都要求被控  
对象有精确的数学模型，这样就需要对系统的非线  
性特性做消除处理或近似线性化处理。因此当工作  
条件发生较大变化时，该方法仍难以保证系统的控  
。
1）针对式（1）中第一个式子所表达的一阶子  
系统，将 x2 视作第一个式子的虚拟控制输入，并利  
用确定性等价原理来设计中间控制律为  
ˆ
α1 = −c1x1 −θφ(x1)  
（2）  
式中，c1 为参数。  
在此基础上，定义状态误差变量为  
e = x  
⎧
⎨
1
1
（3）  
e = x2 −α1  
⎩ 2  
求 e1 沿系统式（1）的状态轨迹，并将式（3）  
代入后可以推导出  
~
.
e1 = −c1e1 + e2 +θφ(x1)  
（4）  
制效果[19-23]  
。
由于引入了参数的未知特性，因此，构造的  
Lyapunov 函数为  
1991 年，美国 Kokotovic 教授提出了一种基于  
李雅普诺夫稳定性的自适应反步法[24]。反步设计法  
及 其 变 换 形 式 是 一 种 构 造 性 的 设 计 方 案 ， 它 以  
Lyapunov 稳定性理论为基础，以满足 Lyapunov 函  
数的收敛性为目标，当系统可以变换为下三角形结  
构时，将原有的高阶系统等效成若干个子系统，从  
低阶系统入手，选取适当的状态作为子系统虚拟控  
制量，进而设计虚拟控制量。系统中不确定扰动和  
参数变换等产生的影响可通过非线性阻尼和适当选  
1
2
1
2
~
Ve1  
=
e12 +  
θ
（5）  
2γ  
式中， γ 为控制器的自适应增益， γ＞0 。  
根据系统式（1）求Ve1 对时间的微分得到  
~
γ
θ
.
Ve1 = −c1e12 + e1e2 − θ −γ e1φ(x1)  
（6）  
ˆ
.
)
(
因此，设计第一个调节函数为 τ1 = e1φ(x1) ，并将其  
万方数据  

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