基于单周期控制的二自由度控制器在电力系统-电源在线网.doc

基于单周期控制的二自由度控制器在 交流调压中的应用 Application of OCC Based Two-Degree-of-Freedom Controller to AC Voltage Regulation 姜晓亮，孙频东，南京师范大学电气与自动化工程学院（江苏 南京 210042） Jiang Xiaoliang, Sun Pindong, School of Electrical and Automation Engineering, Nanjing Normal University (Nanjing 210042, China) 摘要：研究一种用于电力系统交流调压和稳压的二自由度控制器。控制器由单周期控制和传统PWM反馈控制组合而成，能有效抑制输入扰动和负载扰动对输出电压的影响，实现输出电压的快速自动稳定和无级平滑调节。本文分析了控制器的系统构成，从理论上证明其具有二自由度，采用双通道复位积分方式以减小控制误差，最后通过详细的仿真测试了控制器的性能。 关键词：交流调压 扰动抑制 自由度 电力电子 Abstract: A two-degree-of-freedom controller for AC voltage regulation and stabilization in power system is studied. This controller is a combination of one-cycle control and traditional PWM feedback control, which can effectively reject the influence of line perturbation and load disturbance on output voltage. Therefore, fast automatic stabilization and stepless smooth regulation of output voltage can be achieved. System organization of the controller is analyzed and the controller is theoretically proved to have two degrees-of-freedom. Dual-channel resetable integration is also employed to reduce control error. Finally, performance of the controller is tested by simulation in detail. Keywords: AC Voltage regulation, Disturbance rejection, Degree-of-freedom, Power electronics ［中图分类号］TM712 ［文献标识码］ A 文章编号：1561-0349（2011）05-  1 引言 随着电力系统中负载数量的激增，现代电网的容量也与日俱增。伴随着这种情况的必然结果，是电力系统故障率的攀升和故障水平的提高，短路、电压突变等故障严重威胁到各类负载的安全运行。因此，加强电网潮流控制和电力系统稳定性控制已是箭在弦上，刻不容缓。目前，学界普遍认为FACTS技术是比较有前景的发展方向。但由于成本、可靠性等多方面的因素，FACTS装置的商用化依然任重而道远[1]。 因此，考虑完善各种电气设备的设计制 造和控制保护等技术，尽量降低设备故障率,似乎也不失为一种积极、务实的对策。拿电网中的交流调压装置来说，传统的变压器体积庞大，操作繁琐、复杂且不能无级调节，而相控晶闸管调压器响应时间长、动态特性差，且深度控时产生大量谐波污染电网，显然已无法满足要求[2-3]。取而代之的是基于全控型开关器件的交流斩波器。由于采用高频PWM斩控方式和占空比调节技术，使其具有体积小、谐波含量低、动态特性好、无级平滑调节等众多优点。交流斩波器发展至今，从拓扑结构来看主要分为两类：一是传统的两电平结构，二是多电平结构[4-8]。从控制方法来看，主要是传统的PWM反馈控制，也有研究者使用单周期控制[9-10]。众所周知，传统的PWM反馈控制对负载扰动比较敏感，而单周期控制对输入扰动的抑制能 力很强。因此，可以尝试将两种控制方法结 合起来，并应用于电力系统交流调压，以期同时得到良好的输入扰动（电压突变、闪变、谐波等）和负载扰动抑制效果，并实现输出电压的无级平滑调节和快速自动稳定。 本文首先介绍了目前交流斩波器的主流拓扑结构，然后分析控制器的工