基于自抗扰控制策略的SVC在风电系统中的应用研究

【摘要】：随着风力发电的蓬勃发展，电压稳定性及其无功补偿问题成为其主要问题之一。以异步电机为代表的风力发电系统吸取无功功率的特性导致风电系统较常规电力系统的电压更加不稳定，目前普遍的做法是通过无功补偿器对风电场进行无功补偿。无功补偿作用的发挥和很多方面有关系，包括容量和装设点的地点等因素，其中无功补偿器的控制方式也对其作用的发挥有着巨大影响。自抗扰控制器是一种不依赖系统确定模型的控制方式，这种控制策略有很好的鲁棒性和适应性。本文应用自抗扰控制（ADRC）策略对风电系统中的SVC控制问题进行了探索研究。本文主要工作如下： （1）针对风电系统的特殊性，应用自抗扰控制策略进行了静止无功补偿器的控制器设计研究。因为风电场的输出是个大范围变化的不可预测的时变量，本文建立风电场静态模型的方法是将看它作为整个系统的一个PQ节点，整个风电系统模型为含SVC的单机无穷多母线系统，对此系统进行分析，以维持风电系统电压稳定为控制目标，进而设计了针对此风电系统SVC的自抗扰控制器，首先设计TD安排了过渡过程，解决了噪声污染和微分信号的提取问题，然后设计ESO将内扰动和外扰动归结为总扰动进行估计和补偿，最后设计NL使反馈更加合理，实现了小误差大增益，大误差小增益。仿真实验证明自抗扰控制器能快速，适时适量的进行无功补偿，在系统发生故障时也能迅速回复，较PI控制器，自抗扰控制器有着更好的快速性、适应性和鲁棒性。 （2）运用分岔理论对SVC和线性自抗扰控制器（LADRC）的参数进行了静分岔研究。静分岔理论对非线性系统的稳定性问题可以有效的分析，而风电系统正是一个典型的非线性动力系统，所以可以运用静分岔理论对风电系统稳定性进行分析。首先分析了静止无功补偿器对风电系统的影响，然后以风电系统SVC中的线性自抗扰控制器的比例参数Kp为分岔参数，得到风电系统母线电压鞍结分岔边界。通过3机6节点简单系统的仿真证明了风电系统在进行SVC补偿后，其临界有功功率和无功功率的输出及其电压稳定性得到了加强，而线性自抗扰控制器的控制参数Kp增大可有效提高风电场的电压稳定性。 【关键词】：风电系统 静止无功补偿器 自抗扰控制 电压稳定性 静态模型 静分岔鞍结分岔边界
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 本课题研究背景9-10
• 1.2 研究的意义和目的10-11
• 1.3 静止无功补偿器（SVC）及其常规控制方式11-15
• 1.3.1 静止无功补偿器11-12
• 1.3.2 静止无功补偿器的常规控制方式12-15
• 1.4 本文主要工作15-16
• 第二章 自抗扰控制技术16-29
• 2.1 自抗扰控制理论16-22
• 2.1.1 自抗扰控制理论的提出16-17
• 2.1.2 跟踪微分器（TD）17-19
• 2.1.3 扩张状态观测器（ESO）19-21
• 2.1.4 非线性反馈（NL）21
• 2.1.5 自抗扰控制器存在的问题21-22
• 2.2 线性自抗扰控制22-25
• 2.2.1 线性扩张状态观测器（LESO）22-23
• 2.2.2 线性自抗扰控制器的结构23
• 2.2.3 线性自抗扰控制器的控制效果23-25
• 2.3 仿真分析25-27
• 2.3.1 算例描述25-26
• 2.3.2 仿真结果分析26-27
• 2.4 小结27-29
• 第三章 基于自抗扰控制策略的风电系统 SVC 控制器研究29-42
• 3.1 风电场模型29-30
• 3.2 TSC+TCR 型 SVC30-33
• 3.2.1 TSC+TCR 型 SVC 的结构30-32
• 3.2.2 TSC+TCR 型 SVC 的仿真模块32-33
• 3.3 基于风电系统的 SVC 自抗扰控制器设计33-37
• 3.3.1 SVC 自抗扰控制器设计34-36
• 3.3.2 SVC 线性自抗扰控制器设计36-37
• 3.4 本文采用的常规 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 仿真结果分析38-41
• 3.6 小结41-42
• 第四章 基于静分岔理论的 SVC 和 LADRC 控制器分析42-47
• 4.1 分岔理论介绍42-43
• 4.1.1 分岔定义42
• 4.1.2 电力系统中的分岔42-43
• 4.2 双馈异步发电机静态数学模型43
• 4.3 静分岔分析43-46
• 4.3.1 算例描述43-44
• 4.3.2 SVC 对风电系统的影响44-45
• 4.3.3 线性自抗扰控制器的参数 kp 对系统电压稳定性的影响45-46
• 4.4 小结46-47
• 第五章 结论与展望47-48
• 参考文献48-51
• 发表论文和科研情况说明51-52
• 致谢52-53
• 附录一：自抗扰控制器编程53-56

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