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Abstract

一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统，包括电力系统，其特征在于它包括控制单元、DSP控制模块、混沌自适应控制器单元、STATCOM单元；其优越性在于：(1)利用混合混沌序列实现对RFPWM的调制；(2)提高控制的精确度；(3)STATCOM各功能模块的输出数据易于监测，有助于STATCOM控制器的故障检测；(4)对STATCOM的操作简单化；(5)由于PC的引入，便于底层协议与TCP/IP协议的连接，因此可以通过与INTERNET连接，实现对STATCOM的远程控制。

Description

一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统
(一)技术领域：
本发明属于柔性输电系统(FACTS——Flexible Alternative CurrentTransmission System)静止同步补偿器(STATCOM——StaticSynchronous Compensator)设备和电力电子技术领域，尤其是一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统。
(二)背景技术：
随着电力电子技术的发展、及电网系统规模的扩大和传输功率不断加大，基于柔性交流输电系统的无功补偿技术得到飞速发展和广泛应用。20世纪80年代，基于逆变技术的静止同步补偿器STATCOM被引入到电力系统的无补偿领域。STATCOM的核心是一个基于可关断器件(GTO，IGBT等)的逆变器。
STATCOM在电力系统中可以实现快速平滑地吸收感性和容性无功功率的目的，可以更好的实现对无功功率的补偿，减少电压闪烁、实现电压稳定，阻尼次同步震荡、减少电压和电流的不平衡，及其在配电网中用于改善电能质量等等，在调节系统电压、校正功率因数、平衡负荷、滤除谐波等方面均具有很大的优势，并且它具有起动无冲击、调节连续、响应快速、占地面积小、输出波形品质好，控制灵活，调节特性受接入点电压影响小等优点，目前已成为最有前途的无功补偿装置。
近年来，国内外学者为STATCOM的研究做出了巨大努力，并取得了显著的成绩。在研究过程中，许多学者为STATCOM以不同形式建立了数学模型。在模型建立过程中，对逆变桥多将电抗器等损耗等效为一个固定电阻。应用于配电领域的1GBT逆变STATCOM(D-STATCOM)中可关断器件的开关频率高，开关损耗占装置损耗的比例较大，而且其开关损耗是随输出电流变化而变化的，用固定电阻来模拟该损耗不够准确。
但是STATCOM是否可以很好的达到在电力系统中期望的维持节点电压、阻尼系统振荡、提高输电系统静态稳定和暂态稳定等作用，其控制系统的研究是重要内容之一，其中应用较多的是PI控制，PI解耦控制、鲁棒控制器、模糊控制、神经网络控制、最优控制等现代控制方法也得到了相应的应用。STATCOM中有些参数是不可预知的，甚至是不固定的，这对控制系统的设计是很大的挑战，对控制系统稳定性存在威胁。
(三)发明内容：
本发明的目的设计一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统，它可以克服现有技术的不足，是一种识别性高、精度高、结构简单、控制实时性强的控制系统。
本发明的技术方案：一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统，包括电力系统，其特征在于它包括控制单元、DSP控制模块、混沌自适应控制器单元、STATCOM单元；其中，所述控制单元与DSP控制模块呈双向连接；所述混沌自适应控制器单元的输入端连接DSP控制模块的输出端，其输出端连接STATCOM单元的输入端；所述STATCOM单元的输出端输出电压输送给电力系统。
所述混沌自适应控制器单元是由PID控制器、脉冲发生器模块、功率驱动和保护单元、混合混沌序列FRPWM(Random Frequency PulseWidth Modulation)调制单元、比较器和混沌自适应控制算法单元构成；所述脉冲发生器模块的输入端与PID控制器的输出端连接，其输出端连接功率驱动和保护单元的输入端；所述比较器的输入端分别连接功率驱动和保护单元的输出端和混合混沌序列FRPWM调制单元的输出端，其输出端与STATCOM相接；所述混沌自适应控制算法的输入端接收STATCOM单元发出的反馈信号，并输出控制信号发送给PID控制器。
所述功率驱动和保护单元由光电隔离电路和功率放大电路构成，保护STATCOM和功率驱动单元的的正常工作，其连接为常规连接。
所述DSP控制模块采用TMS320C6742和TMS320C6743的双DSP实现数据和信号的双向传输结构。
本发明工作原理：
本案所涉及的基于混沌自适应控制器的STATCOM控制系统旨在针对STATCOM的逆变单元的脉冲调制要求和控制参数的不可预知性，利用混沌自适应的控制方法的特性和混合混沌序列RFPWM调制原理，设计了STATCOM的混沌自适应控制器。该控制器通过补偿器输出的无功功率和控制量δ，利用混沌自适应算法对系统模型进行识别，依此对逆系统模型进行修正，得到三相到三相电流信号，进行叠加三角波和混合混沌序列的RFPWM的调制控制逆变器的开断变量实现对STATCOM的控制，达到更好的无功补偿作用。利用MAX+PLUS2平台，采用VHDL语言设计发生器的数字逻辑，实现信号的处理。
逆变器数学模型中的参数以及装置中线路、电抗器损耗等效电阻等都很难预先得到，而且是时变的。因此本发明搭建混沌自适应控制的模型，并对系统参数进行在线识别，修正逆系统模型，提高控制的精确度，并在逆变器的调制策略上把近似均匀分布的无限折叠混沌序列和具有快速性的Chebychev混沌序列组合而成的混合混沌序列用在常规的随机开关频率脉宽调制(Random Frequency Pulse WidthModulation，RFPWM)进行调制，实现对STATCOM的控制系统的发明。
PID控制器单元：控制器运行开始，通过控制系统给定的初值进行控制，该初值为在控制器设计初对系统参数粗略的估计；为常规模块
混沌自适应控制算法单元：通过目标输出d(k)与实际输出x(k)之间的误差e(k)＝x(k)-d(k)来控制参数
脉冲发生器单元：用于数据采集、反馈和算法的实现，采集、变换现场信号，实现手动调节、自动无功调节及多目标模糊控制功能，利用混合混沌序列实现RFPWM调制，用来达到稳定电压、提高暂态稳定极限、阻尼振荡的目的，也用于STATCOM的调试和测试工作；
混合混沌序列RFPWM调制单元：把近似均匀分布的无限折叠混沌序列和具有快速性的Chebychev混沌序列组合而成的混合混沌序列用在常规的随机开关频率脉宽调制(random frequency pulse widthmodulation，RFPWM)进行调制，实现STATCOM逆变器的开断脉冲产生的目的；
STATCOM单元：由常规混合级联多电平逆变器组成的三相逆变装置，通过控制逆变器输出电压的幅值和相位就可以控制补偿器吸收或发出满足要求的无功电流，从而达到对电网的补偿无功功率的目的；
实现控制的DSP单元连接于控制平台MAXPLUS2，实现信号的双向传输，并与脉冲发生器单元连接，实现控制信号和数据信号的传输；脉冲发生器单元，连接于DSP单元、功率驱动和保护单元；功率驱动和保护单元与脉冲发生器单元和比较器单元相连；比较器单元接受来自混合混沌序列的RFPWM产生的调制脉冲，并与接收到的信号比较产生实现STATCOM功能的信号；STATCOM单元与比较器单元连接，并连接于电力系统，实现对电力系统的无功补偿功能。
功率驱动和保护单元(见图4)：保护STATCOM和功率驱动单元的的正常工作。包括光电隔离电路和功率放大电路，分别由光电耦合器和功率放大器组成；功率驱动管电路将输入脉冲信号经光电隔离、三极管进行放大，提供给功率开关电路，当功率驱动电路接收到的比较单元的输入信号为1时，输出触发脉冲控制级联H桥电路的导通；反之使其关断。所说的三相脉冲放大电路的一相包括放大“+A1”脉冲的驱动电路，含光耦U9、二极管D1、电阻和三极管N1；放大“-A1”脉冲的驱动电路，含光耦U10、二极管D2、电阻和三极管N2；放大“+A2”脉冲的驱动电路，含光耦U11、二极管D3、电阻和三极管N3；放大“-A2”脉冲的驱动电路，含光耦U12、二极管D4、电阻和三极管N4；同理另外两相共12个脉冲驱动电路。二极管D1、D2、D3和D4的作用是防止脉冲反向输入，保证电路正常工作。
本发明的优越性在于：(1)利用混合混沌序列实现对RFPWM的调制；(2)利用混沌自适应的对参数要求的不确定性，对系统参数进行在线识别，修正逆系统模型，提高控制的精确度；(3)STATCOM各功能模块的输出数据易于监测，有助于STATCOM控制器的故障检测；(4)引入PC作为人机交互的接口，使得对STATCOM的操作简单化；(5)由于PC的引入，便于底层协议与TCP/IP协议的连接，因此可以通过与INTERNET连接，实现对STATCOM的远程控制。
(四)附图说明：
图1为本发明所涉一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统的总体结构示意图。
图2为本发明所涉一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统中混沌自适应控制器单元的结构框图图。
图3为本发明所涉一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统中功率驱动和保护电路结构示意图。
图4为本发明所涉一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统中脉冲发生器的原理框图。
图5为本发明所涉一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统的混合混沌序列实现流程图。
(五)具体实施方式：
实施例：一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统(见图1)，包括电力系统，其特征在于它包括控制单元、DSP控制模块、混沌自适应控制器单元、STATCOM单元；其中，所述控制单元与DSP控制模块呈双向连接；所述混沌自适应控制器单元的输入端连接DSP控制模块的输出端，其输出端连接STATCOM单元的输入端；所述STATCOM单元的输出端输出电压输送给电力系统。
所述混沌自适应控制器单元(见图2)是由PID控制器、脉冲发生器模块、功率驱动和保护单元、混合混沌序列FRPWM(RandomFrequency Pulse Width Modulation)调制单元、比较器和混沌自适应控制算法单元构成；所述脉冲发生器模块的输入端与PID控制器的输出端连接，其输出端连接功率驱动和保护单元的输入端；所述比较器的输入端分别连接功率驱动和保护单元的输出端和混合混沌序列FRPWM调制单元的输出端，其输出端与STATCOM相接；所述混沌自适应控制算法的输入端接收STATCOM单元发出的反馈信号，并输出控制信号发送给PID控制器。
所述功率驱动和保护单元(见图3)由光电隔离电路和功率放大电路构成，保护STATCOM和功率驱动单元的的正常工作，其连接为常规连接。
所述DSP控制模块(见图1)采用TMS320C6742和TMS320C6743的双DSP实现数据和信号的双向传输结构。

Claims (3)

1.一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统，包括电力系统，其特征在于它包括控制单元、DSP控制模块、混沌自适应控制器单元、STATCOM单元；其中，所述控制单元与DSP控制模块呈双向连接；所述混沌自适应控制器单元的输入端连接DSP控制模块的输出端，其输出端连接STATCOM单元的输入端；所述STATCOM单元的输出端输出电压输送给电力系统。
2.根据权利要求1中所述一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统，其特征在于所述混沌自适应控制器单元是由PID控制器、脉冲发生器模块、功率驱动和保护单元、混合混沌序列FRPWM(Random Frequency Pulse Width Modulation)调制单元、比较器和混沌自适应控制算法单元构成；所述脉冲发生器模块的输入端与PID控制器的输出端连接，其输出端连接功率驱动和保护单元的输入端；所述比较器的输入端分别连接功率驱动和保护单元的输出端和混合混沌序列FRPWM调制单元的输出端，其输出端与STATCOM相接；所述混沌自适应控制算法的输入端接收STATCOM单元发出的反馈信号，并输出控制信号发送给PID控制器。
3.根据权利要求1中所述一种基于混沌自适应控制的STATCOM控制系统，其特征在于所述DSP控制模块采用TMS320C6742和TMS320C6743的双DSP实现数据和信号的双向传输结构。
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