CN108574282A - 一种基于非线性控制的upfc在微电网中的潮流控制方法 - Google Patents

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CN108574282A CN201810410337.8A CN201810410337A CN108574282A CN 108574282 A CN108574282 A CN 108574282A CN 201810410337 A CN201810410337 A CN 201810410337A CN 108574282 A CN108574282 A CN 108574282A
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Abstract

本发明公开了一种基于非线性控制的UPFC在微电网中的潮流控制方法，包括如下步骤：分析微电网的潮流控制方式；分析UPFC的工作原理；分析UPFC在微电网中的潮流控制特性；建立UPFC的非线性数学模型和控制目标；采用串联侧反步滑模控制策略以使控制系统在平衡点处维持稳定；采用并联侧解耦控制策略补偿串联测的无功功率调节能力；确定算例以及其必要特征，采用Matlab/Simulink软件对算例进行仿真分析。本发明方法为潮流控制器设计奠定了基础；建立UPFC非线性数学模型；对并联侧控制器采用基于无功功率控制模式的解耦控制策略；增强对系统非线性以及外界扰动的抗干扰性，有效地实现了对线路潮流的控制，确定功率调节范围，实现系统的功率平衡分布。

Description

一种基于非线性控制的UPFC在微电网中的潮流控制方法
技术领域
本发明涉及微电网控制领域，尤其是一种解决系统非线性以及外界干扰对微网控制性能影响的方法。
背景技术
随着分布式能源的应用和发展，微电网逐步兴起。微网技术能有效的整合分布式电源的优势，为大规模应用分布式电源提供合理的技术路线。同时，对于具有弱连接的微电网进行潮流调节，既可控制局部微电源的有功和无功出力又可使用灵活交流输电系统(flexibleAC transmission system，FACTS)控制器。
统一潮流控制器(unifiedpower flow controller，UPFC)是FACTS系统中一种潮流调节能力较强的装置，不仅能实现电压调节、串联补偿和相角补偿等功能，还能对输电线路中的潮流进行跟踪控制，改善输电线路的传输性能，同时有效地阻尼系统振荡、解决潮流分布不均等情况。
UPFC的多变量、强耦合和非线性的装置特性，决定了其潮流控制作用主要依靠选择合适的控制策略。目前，UPFC的控制策略研究主要集中在传统线性控制、人工智能控制和非线性控制3个方面，将非线性数学模型在平衡点处近似线性化的传统线性控制缺乏严谨数学模型，理论支持的人工智能控制均存在一定的局限性和复杂性。而且，现有的UPFC非线性控制策略都存在一定程度的简化，且未对其潮流控制作用进行理论和算例分析；同时，也没有针对微电网中的UPFC潮流控制作用进行研究。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于非线性控制的UPFC在微电网中的潮流控制方法，用以解决上述问题。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括以下步骤：
步骤1，分析微电网的潮流控制方式；
步骤2，分析UPFC的工作原理，UPFC即统一潮流控制器；
步骤3，分析UPFC在微电网中的潮流控制特性；
步骤4，建立UPFC的非线性数学模型和控制目标；
步骤5，采用串联侧反步滑模控制策略，使控制系统在平衡点处维持稳定；
步骤6，采用并联侧解耦控制策略补偿串联测的无功功率调节能力；
步骤7，确定算例以及算例特征，采用Matlab/Simulink软件对算例进行仿真分析。
进一步的，所述步骤1的具体过程如下：
1-1，微电网的基本结构
微电网是可以完成自身调控和监督的自治系统，主要包括微电源、储能装置、负荷、能量调节和保护装置等部分；
1-2，微电网潮流控制的必要性
微电网能量管理主要是为了满足一定用户需求以及系统等式、不等式约束的前提下，最小化线路损耗以及各种发电和储能成本，有效控制大电网与微电网间的互换潮流。因此，从经济性的角度考虑，对于并网运行微电网，需要根据MGCC给定的最优指令信号，采用一种有效的潮流控制方式来控制PCC处的互换潮流；
1-3，不同的潮流控制方式
微电网潮流控制的基本方式多种多样，大体上包括通过改变可控微电源有功和无功出力的间接控制方式以及加装潮流控制器的直接控制方式；
(1)间接控制方式
微电网控制线路潮流的间接控制方式是指通过控制单一微电源对电网的出力情况或者协调控制多个微电源的出力情况，实现对整个电网系统潮流的实时调控，从而影响大电网和微电网之间的互换有功、无功以及节点电压分布；
(2)直接控制方式
微电网控制线路潮流的直接控制方式是在PCC处，安装潮流控制装置或储能装置，直接控制大电网与微电网间的交换功率及电压分布。
进一步的，所述步骤2的具体过程如下：
2-1，UPFC的基本结构
UPFC主要由两个“背靠背”结构的三相桥式变流器组成，并由直流侧电容同时连接这两个不同的变流器，即并联侧变流器和串联侧变流器；
2-2，UPFC的工作原理
UPFC装置是通过其并联侧装置和串联侧装置共用一个直流电容组合在一起的，既可以通过灵活地补偿电压有效控制线路的有功和无功功率，又可以保持节点电压的稳定且满足一定的电能质量指标；
2-3，UPFC的主要工作方式
UPFC的功能很强大，能够灵活地控制流经线路的有功和无功功率，并维持电压稳定，也可以单独作为STATCOM(静止同步补偿器)或者SSSC(静止同步串联补偿器)独立运行；UPFC有多种工作方式，主要分为两部分：并联侧的工作方式和串联侧的工作方式。
进一步的，所述步骤3的具体过程如下：
通过控制UPFC串联侧注入电压的幅值和相角，不仅能够有效地控制微电网线路传输功率大小，而且能够控制功率方向；然而注入电压和线路有功、无功功率之间为相互耦合的非线性关系，且线路传输功率还受到实际运行电压变化的影响，因此需要设计具有极强鲁棒性能的非线性控制系统，实现线路潮流的精确调节。
进一步的，所述步骤4的具体过程如下：
4-1，UPFC的非线性数学模型
UPFC由两个背靠背变流器VSC1和VSC2组成，VSC1和VSC2分别与电网并联和串联，这种结构不但能控制并串联侧变流器之间有功的双向流动，而且能够单独吸收或者发出无功；
dq同步旋转坐标系下串联侧和并联侧变流器的动态数学模型如下式：
式中：i2、uf、if、i1、udc表示UPFC系统的状态变量；um1、um2表示并联侧和串联侧变流器的脉宽调制电压信号；k1、k2表示比例系数；
其中，ARL＝[-(rse/lse),ω；-ω,-(rse/lse)]，
BRL＝[1/lse,0；0,1/lse]，
B1＝[1/l1,0；0,1/l1]，
A1＝[(r1/l1),ω；-ω,(r1/l1)]，
Aω＝[0,ω；-ω,0]，
Af2＝[-(rf2/lf2),ω；-ω,-(rf2/lf2)]，
Bf2＝[1/lf2,0；0,1/lf2]，
Df2＝[1/cf2,0；0,1/cf2]；
i1、i2、uf、if、um1和um2分别为其d、q轴分量组成的列向量，表达形式为x＝[xd,xq]T；rse和lse分别表示UPFC串联侧变压器和线路的等值电阻和电感，且rse＝rt2+lL、lse＝lt2+lL；
4-2，UPFC的控制目标
UPFC系统包含四个控制量(um1d、um1q、um2d、um2q)，组成四个可控目标，串联侧和并联侧分别提供两个控制目标；UPFC串联侧变流器调节线路功率成为调度给定值，而并联侧变流器主要为串联侧提供恒定的直流电容电压。
进一步的，所述步骤5的具体过程如下：
5-1，反步法控制原理
反步法，也可称作反演法或者后(回)推法(backstepping)，实际上是一种由前往后递推的设计过程，非常适合与在线控制，并且可以有效地缩短系统的在线计算时间；该方法通常与李雅普诺夫型虚拟控制律结合使用，即在综合各种控制因素的前提下，逐步修正控制律，实现全局调控并获得良好的动静态响应；在该方法的设计过程中，每一步需要将不断变化的状态变量和对应的虚拟控制律函数结合，并且前面子系统需要依靠后面子系统的控制作用才可以实现镇定，所以这种设计过程要求非线性系统可以直接成为或者间接转化为具备严格参数反馈的系统。由反步法设计的非线性控制器，在抵抗外界干扰或系统不确定性等因素时，具有显著的鲁棒性；
5-2，滑模变结构控制原理
滑模变结构控制与其它的控制策略不同，其控制函数并不是固定的，而是能够伴随当前状态进行相应的改变，导致系统可以依据一定的特性关系沿预先设定的状态轨迹进行小幅度和高频率的往返运动，也就是常说的滑动模态运动；对于这种和系统参数以及外界干扰没有关系的滑动模态，一般情况下是能够自行设计的，并且处于滑动模态运动的系统具备优良的鲁棒性能；
5-3，反步滑模控制器设计
UPFC串联侧反步滑模控制策略的实现过程主要包括以下三级子控制器的设计：第一级控制器(i2虚拟控制器)、第二级控制器(uf虚拟控制器)和第三级控制器(if虚拟控制器)。
进一步的，所述步骤6的具体过程如下：
6-1，并联侧的不同控制方式
并联侧变流器的控制策略包括无功功率控制和自动电压控制两种类型；
6-2，并联侧解耦控制器设计
对于具有完善的MGCC(微电网中央控制器)的并网运行的微电网系统来说，能量管理系统的综合调控作用能够在线实时分配各条传输线路上的无功功率，因此，选择在无功功率控制模式下，获得并联侧的无功电流参考值更为合适，主要是通过UPFC并联侧来补偿串联侧的无功功率调节能力，并且便于研究并网微电网系统的线路潮流调节问题。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、分析了UPFC在微电网中的潮流控制特性，为潮流控制器设计奠定了基础；
2、针对UPFC自身的非线性，建立了其非线性数学模型并给定了四个控制目标；
3、针对微电网线路阻抗比较大引起的强耦合非线性问题，对UPFC串联侧变流器提出了一种反步滑模的控制策略，对并联侧控制器采用了基于无功功率控制模式的解耦控制策略，设计了非线性潮流控制器，并采用matlab/simulink对算例进行仿真研究，有效地验证了该控制器的线路潮流控制效果和控制特性，确定了功率调节范围，实现了系统的功率平衡分布。
附图说明
图1是本发明方法的交流型微电网的基本拓扑结构图。
图2是本发明方法UPFC的结构框图。
图3是本发明方法的UPFC串联侧的主要工作方式图。
图4是本发明方法的UPFC单相等效模型图。
图5是本发明方法的应用于串联侧控制器的反步法控制原理图。
图6是本发明方法的并联侧控制器的解耦控制原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
结合图4，本发明方法具体步骤如下：
(1)分析微电网的潮流控制方式；
(1-1)微电网的基本结构
微电网是可以完成自身调控和监督的自治系统，主要包括微电源、储能装置、负荷、能量调节和保护装置等部分；微电网可以实现完整的发电、配电和用电功能以及系统内部的能量管理，在满足网内用户电能需求的同时，还需满足网内用户热能的需求，此时的微电网实际上是一个能源网；
为了实现多样化的用户需求，微电网具有多种不同的典型结构，主要包括交流型、直流型和交直流混合型三种类型；如附图1所示，本发明主要以交流型微电网为研究对象；交流型微电网整体呈现为辐射状结构，其线路由主断路器与大电网结合，可以平滑地转换孤岛与并网两种独立的运行模式；其中大电网与微电网之间主变压器的副边侧通常选择为PCC所处位置。线路A处的热负载变化时，本地微电源控制自身的输出功率，同时供应电和热给本地用户。对于重要负荷等一般采用单独的微电源供电，同时可在线路中设置储能装置以改善输出的电能质量；对于非重要的负荷，一般不需要进行单独供电并可在必要时切除。线路A以及线路C中添加重要、可调节负荷，因此需要有微电源接入微电网；对于连入可中断负荷的馈线B，在一定情况下可以切除馈线或者负荷；
(1-2)微电网潮流控制的必要性
在电力网络中，若不加入任何潮流调整控制，其线路潮流实质都是按照阻抗进行自然分布的；例如，在不采取任何附加控制方式的前提下，辐射形网络中的潮流是不能进行控制的，往往由系统中不同的负荷决定；环形网络中的潮流，同样也是不可控的，一般按照特定的线路阻抗进行分配；两端供电系统的潮流虽然能够通过调节两端电源的输出功率或者端电压进行一定的调控，但是为了满足有限的电源容量以及特定的电能质量要求，使得这种情况下的调节裕度比较小；并网运行的微电网实质上类似于多电源供电的环形网络，各线路潮流均按照阻抗自然分布；但从安全、优质、经济供电的角度出发，往往需要根据一定的目标函数和约束条件控制线路潮流，即根据合适的EMS(能量管理策略)，在MGCC(微电网中央控制器)和LC(局部控制器)的协调控制中，发出最优调度指令，实现最优潮流分布，完成微电网的能量管理；
微电网能量管理主要是为了满足一定用户需求以及系统等式、不等式约束的前提下，最小化线路损耗以及各种发电和储能成本，有效控制大电网与微电网间的互换潮流。因此，从经济性的角度考虑，对于并网运行微电网，需要根据MGCC给定的最优指令信号，采用一种有效的潮流控制方式来控制PCC处的互换潮流；
(1-3)不同的潮流控制方式
微电网潮流控制的基本方式多种多样，大体上包括通过改变可控微电源有功和无功出力的间接控制方式以及加装潮流控制器的直接控制方式；
间接控制方式：微电网控制线路潮流的间接控制方式是指通过控制单一微电源对电网的出力情况或者协调控制多个微电源的出力情况，实现对整个电网系统潮流的实时调控，从而影响大电网和微电网之间的互换有功、无功以及节点电压分布；
直接控制方式：微电网控制线路潮流的直接控制方式是在PCC处，安装潮流控制装置或储能装置，直接控制大电网与微电网间的交换功率及电压分布。
(2)分析UPFC的工作原理；
(2-1)UPFC的基本结构
如附图2所示，UPFC(统一潮流控制器)主要由两个“背靠背”结构的三相桥式变流器组成，并由直流侧电容同时连接这两个不同的变流器，即并联侧变流器和串联侧变流器；
(2-2)UPFC的工作原理
UPFC装置是通过其并联侧装置和串联侧装置共用一个直流电容组合在一起的，既可以通过灵活地补偿电压有效控制线路的有功和无功功率，又可以保持节点电压的稳定且满足一定的电能质量指标；
(2-3)UPFC的主要工作方式
UPFC的功能很强大，能够灵活地控制流经线路的有功和无功功率，并维持电压稳定，也可以单独作为STATCOM(静止同步补偿器)或者SSSC(静止同步串联补偿器)独立运行；UPFC有多种工作方式，主要分为两部分：并联侧的工作方式和串联侧的工作方式；
(2-3-1)并联侧的工作方式
(a)定无功补偿方式
并联侧变流器能够运行在定无功功率补偿的方式下，能够在有限的装置容量范围内供给电网系统所需的无功功率；当电网系统状态发生改变时，UPFC可以根据自我调控准则确定输出功率的大小和方向等；
(b)自动电压控制方式
UPFC对自动电压控制主要是靠调节电网系统与并联侧变流器之间互换的无功功率的大小和方向来完成的，其具体的调节范围会受到装置容量的制约。当并联侧变流器VSC1输出电压Ush低于(高于)并联侧节点电压U1时，VSC1将从系统吸收滞后(超前)的无功功率，即感性(容性)无功功率；显然，通过调节输出交流电压Ush的幅值，就能够调节UPFC并联侧从电网获取的无功大小和方向；
处于以上两种并联侧的工作方式时，该侧变流器还必须向串联侧供给一定的有功功率支撑，用来保持直流侧电压的恒定；当超前(滞后)时，并联侧从(向)系统吸收(注入)有功，直流电容电压会升高(降低)；因此，并联侧变流器VSC1输出的交流电压与节点电压之间相角差，决定了VSC1与电网之间互换有功功率的大小和方向；
综上所述，经过不断地调节并联侧输出交流电压相量的幅值和相角，能够调节并联侧与交流电网之间互换的有功和无功，因此能够保持并联侧节点电压和直流电容电压的恒定；
(2-3-2)串联侧的工作方式
UPFC串联侧的基本控制任务是实现电网系统的潮流调节，其具体的工作原理是在线路中串入幅值和相角均能够控制的等效注入电压源，并产生特定的强制循环功率，使其与自然分布功率进行叠加，可以获得最佳功率值；
(a)电压调节方式
当UPFC的等效串联注入电压与并联侧节点电压同向或者反向时，通常仅仅控制电压幅值，并不控制电压相位；
(b)串联补偿方式
这种方式下，串联侧变流器和线路之间不进行有功交换，意味着交换有功为零。因此，必须使等效串联注入电压与线路电流垂直，即注入电压超前或者滞后电流90°，控制在和垂直的直线上即可；
(c)相角补偿方式
不控制等效注入电压幅值，仅控制电压相角；在这种方式下，UPFC输出的串联注入电压与图中弧线重叠，即可充当移相器；
(d)多功能潮流控制方式
该工作方式是前三种工作方式的综合，即UPFC同时实现电压调节、相角补偿和串联补偿三种形式的控制，为了满足特定的电网需求，必须同时改变注入电压幅值和相位，具体电压相量图如附图3所示。
(3)分析UPFC在微电网中的潮流控制特性；
通过控制UPFC串联侧注入电压的幅值和相角，不仅能够有效地控制微电网线路传输功率大小，而且能够控制功率方向；然而注入电压和线路有功、无功功率之间为相互耦合的非线性关系，且线路传输功率还受到实际运行电压变化的影响，因此需要设计具有极强鲁棒性能的非线性控制系统，实现线路潮流的精确调节。
(4)建立UPFC的非线性数学模型和控制目标；
(4-1)UPFC的非线性数学模型
接入微电网的UPFC等效模型如附图4所示；UPFC由两个背靠背变流器VSC1和VSC2组成，VSC1和VSC2分别与电网并联和串联，这种结构不但能控制并串联侧变流器之间有功的双向流动，而且能够单独吸收或者发出无功；
dq同步旋转坐标系下串联侧和并联侧变流器的动态数学模型如下式：
式中：i2、uf、if、i1、udc表示UPFC系统的状态变量；um1、um2表示并联侧和串联侧变流器的脉宽调制电压信号；k1、k2表示比例系数；
其中，ARL＝[-(rse/lse),ω；-ω,-(rse/lse)]，BRL＝[1/lse,0；0,1/lse]，B1＝[1/l1,0；0,1/l1]，A1＝[(r1/l1),ω；-ω,(r1/l1)]，Aω＝[0,ω；-ω,0]，Af2＝[-(rf2/lf2),ω；-ω,-(rf2/lf2)]，Bf2＝[1/lf2,0；0,1/lf2]，Df2＝[1/cf2,0；0,1/cf2]；i1、i2、uf、if、um1和um2分别为其d、q轴分量组成的列向量，其表达形式为x＝[xd,xq]T；rse和lse分别表示UPFC串联侧变压器和线路的等值电阻和电感，且rse＝rt2+lL、lse＝lt2+lL；
(4-2)UPFC的控制目标
UPFC系统包含四个控制量(um1d、um1q、um2d、um2q)，这组成了四个可控目标，因此，串联侧和并联侧分别提供两个控制目标；UPFC串联侧变流器调节线路功率成为调度给定值，而并联侧变流器主要为串联侧提供恒定的直流电容电压；
在MGCC通过优化潮流计算得到接受端线路功率参考值的条件下，为了避免复杂化系统最优潮流的求解过程，串联侧变流器选择控制接受端线路传输的功率pr和qr，实现线路潮流的控制作用。其优点是接受端电压ur不是控制变量，可通过测量或估计得到，从而使得线路电流参考值的计算简化；缺点是若系统不能直接测量ur，则必须通过估计获得，从而使得功率控制的精确性降低；
并联侧变流器主要用来控制直流电容电压；但是，除了控制直流电压，并联侧变流器也能够控制其它目标；存在两种选择：控制电网和并联侧的互换无功qsh；或者控制并联节点电压幅值||u1||；两个不同的控制目标之间彼此存在联系，能够依靠特定的控制需求任意选取；在此，选择qsh作为另一个控制目标；实质上，如果||u1||是可控的，可增加级联环由||u1||ref计算得到
(5)采用串联侧反步滑模控制策略以使控制系统在平衡点处维持稳定；
(5-1)反步法控制原理
反步法，也可称作反演法或者后(回)推法(backstepping)，实际上是一种由前往后递推的设计过程，非常适合与在线控制，并且可以有效地缩短系统的在线计算时间；该方法通常与李雅普诺夫型虚拟控制律结合使用，即在综合各种控制因素的前提下，逐步修正控制律，实现全局调控并获得良好的动静态响应；在该方法的设计过程中，每一步需要将不断变化的状态变量和对应的虚拟控制律函数结合，并且前面子系统需要依靠后面子系统的控制作用才可以实现镇定，所以这种设计过程要求非线性系统可以直接成为或者间接转化为具备严格参数反馈的系统。由反步法设计的非线性控制器，在抵抗外界干扰或系统不确定性等因素时，具有显著的鲁棒性；
(5-2)滑模变结构控制原理
滑模变结构控制与其它的控制策略不同，其控制函数并不是固定的，而是能够伴随当前状态进行相应的改变，导致系统可以依据一定的特性关系沿预先设定的状态轨迹进行小幅度和高频率的往返运动，也就是常说的滑动模态运动；对于这种和系统参数以及外界干扰没有关系的滑动模态，一般情况下是能够自行设计的，并且处于滑动模态运动的系统具备优良的鲁棒性能；
(5-3)反步滑模控制器设计
非线性控制策略中反步法适用于能够状态线性化或者进行严参数反馈的系统；因此，UPFC串联侧控制器选取反步法进行控制，管理获得系统中间状态的虚拟控制律；反步法能够将复杂的控制器划分为三个较小的虚拟控制器，其中上一级控制器的控制输出作为下一级控制器的参考信号，UPFC串联侧反步滑模控制策略的实现过程主要包括以下三级子控制器的设计：第一级控制器(i2虚拟控制器)、第二级控制器(uf虚拟控制器)和第三级控制器(if虚拟控制器)，如附图5所示：
第一级控制器(i2虚拟控制器)：该级控制器在由线路功率参考值得到线路电流参考值的前提下，获得保证第一级子系统稳定的反馈控制律，使i2收敛于参考值同时获得下一级虚拟控制器的输入参考值
第二级控制器(uf虚拟控制器)：该级控制器将第一级控制器的虚拟控制输出作为参考值，确保该级子系统稳定的反馈控制律，使uf可以收敛于参考值并且推导出虚拟控制输出
第三级控制器(if虚拟控制器)：该级控制器将第二级控制器的虚拟控制输出作为参考值，确保该级子系统稳定的反馈控制律，使if可以收敛于参考值并且最终合成脉宽调制信号
最终获得的各级虚拟控制律能够保证该控制系统在平衡点处维持稳定。
(6)采用并联侧解耦控制策略补偿串联测的无功功率调节能力；
(6-1)并联侧的不同控制方式
UPFC装置的并联侧不但能够满足串联侧的有功功率需求，而且能够控制线路上的无功功率流动，维持电网系统输送恒定的无功功率以及UPFC并联侧节点电压的稳定，其作用可以等效为STATCOM；并联侧变流器控制策略的选择决定了其补偿性能，比较不同控制策略设计相应的控制系统有助于针对不同的系统选取最优补偿；并联侧变流器的基本工作原理是利用并联侧变流器的开关器件将直流电容电压转化为和电网系统具有相同频率的交流输出电压，通过间接控制输出电压的幅值和相位或者直接控制对应的交流输出电流，就能够输送符合特定电网需求的无功电流，从而完成对电网地无功补偿作用；
并联侧变流器的控制策略包括无功功率控制和自动电压控制两种类型：
无功功率控制模式：当并联侧变流器选择无功功率控制模式时，要求控制系统能够输出特定的无功功率，因而系统的给定输入量可选取为无功参考值该侧变流器控制将转变成对应的无功电流参考值并由该侧控制器控制相应的电力电子开关器件使其输出指定的电流分量，此外直流电容电压的控制环用来维持直流电压的稳定；
自动电压控制模式：自动电压控制模式要求控制系统输出一定的i1q，使得并联侧节点电压幅值维持恒定或者是根据特定的下垂特性变化；因此，并联侧的自动电压控制模式主要存在两种解决方法，一种是稳压模式；另一种是采用斜率下垂模式，具体包括直接电压下垂控制模式和带电流补偿的电压下垂控制模式两种，当并联侧节点电压低于(高于)额定值时，并联侧会输出容性(感性)i1q，并且其输出电流的大小受装置容量限制；两种模式均可通过调节i1q将并联侧节点电压维持在某给定值上，目前常采用了PI调节器来实现这一目的；直接电压下垂和电流补偿下垂这两种不同控制模式之间的区别很小，对于给定电压值周围的电压波动，两者的电压调节作用几乎是一致的，具体的区别只是下垂增益选择方式的不同；
(6-2)并联侧解耦控制器设计
总体的UPFC并联侧变流器在dq旋转坐标系下的解耦控制原理如附图6所示；将直流电容电压经过PI控制器的输出和直流输出电流idc2的前馈作用叠加在一起，可以获得有功电流分量的参考值其中将idc2作为前馈项可以有效改善并联侧控制的响应速度并削弱电容电压的抖动现象，同时也有助于电容电压控制环PI参数的给定；其无功电流分量参考值的控制产生和电网系统需要的无功补偿能力相关联，一般情况下，可选择为无功功率控制或者自动电压控制模式中的一种；
根据以上多种并联侧控制策略的分析结果可知，对于具有完善的MGCC的并网运行的微电网系统来说，能量管理系统的综合调控作用能够在线实时分配各条传输线路上的无功功率，因此，选择在无功功率控制模式下，获得并联侧的无功电流参考值更为合适，主要是通过UPFC并联侧来补偿串联侧的无功功率调节能力，并且便于研究并网微电网系统的线路潮流调节问题。
(7)确定算例以及其必要特征，采用Matlab/Simulink软件对算例进行仿真分析；
(7-1)确定算例以及其必要特征；
全系统采用标幺值进行计算，三相功率基准值取1MVA，线电压基准值取10kV；三级虚拟控制器对应的全部控制参数矩阵和控制变量分别如下所列： δ＝0.005；
(7-2)采用matlab/simulink对算例进行仿真分析
通过仿真验证了该策略下UPFC控制线路潮流的可行性；解决了微电网线路阻抗比较大造成的串联侧注入电压与线路功率之间的非线性强耦合问题，并将控制结果与理论分析中获得的UPFC线路潮流控制特性进行了对比，完善了相关的分析结论；仿真结果表明，选用UPFC对微电网线路功率进行控制，不仅可以实时地跟踪线路潮流给定值、灵活控制线路潮流，而且可以根据微电网并网系统的能量管理需求，实现系统的功率平衡分布，完成线路潮流的全局调控，更具经济性和实用性。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于非线性控制的UPFC在微电网中的潮流控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，分析微电网的潮流控制方式；
步骤2，分析UPFC的工作原理，UPFC即统一潮流控制器；
步骤3，分析UPFC在微电网中的潮流控制特性；
步骤4，建立UPFC的非线性数学模型和控制目标；
步骤5，采用串联侧反步滑模控制策略，使控制系统在平衡点处维持稳定；
步骤6，采用并联侧解耦控制策略补偿串联测的无功功率调节能力；
步骤7，确定算例以及算例特征，采用Matlab/Simulink软件对算例进行仿真分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于非线性控制的UPFC在微电网中的潮流控制方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程如下：
1-1，微电网的基本结构
微电网包括微电源、储能装置、负荷、能量调节和保护装置等部分；
1-2，微电网潮流控制的必要性
采用有效的潮流控制方式来控制PCC处的互换潮流；
1-3，不同的潮流控制方式
微电网潮流控制的基本方式包括通过改变可控微电源有功和无功出力的间接控制方式以及加装潮流控制器的直接控制方式；
(1)间接控制方式
微电网控制线路潮流的间接控制方式是指通过控制单一微电源对电网的出力情况或者协调控制多个微电源的出力情况，实现对整个电网系统潮流的实时调控；
(2)直接控制方式
微电网控制线路潮流的直接控制方式是在PCC处，安装潮流控制装置或储能装置，直接控制大电网与微电网间的交换功率及电压分布。
3.根据权利要求1所述的一种基于非线性控制的UPFC在微电网中的潮流控制方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程如下：
4-1，UPFC的非线性数学模型
UPFC由两个背靠背变流器VSC1和VSC2组成，VSC1和VSC2分别与电网并联和串联；
dq同步旋转坐标系下串联侧和并联侧变流器的动态数学模型如下式：
式中：i2、uf、if、i1、udc表示UPFC系统的状态变量；um1、um2表示并联侧和串联侧变流器的脉宽调制电压信号；k1、k2表示比例系数；
其中，ARL＝[-(rse/lse),ω；-ω,-(rse/lse)]，
BRL＝[1/lse,0；0,1/lse]，
B1＝[1/l1,0；0,1/l1]，
A1＝[(r1/l1),ω；-ω,(r1/l1)]，
Aω＝[0,ω；-ω,0]，
Af2＝[-(rf2/lf2),ω；-ω,-(rf2/lf2)]，
Bf2＝[1/lf2,0；0,1/lf2]，
Df2＝[1/cf2,0；0,1/cf2]；
i1、i2、uf、if、um1和um2分别为其d、q轴分量组成的列向量，表达形式为x＝[xd,xq]T；rse和lse分别表示UPFC串联侧变压器和线路的等值电阻和电感，且rse＝rt2+lL、lse＝lt2+lL；
4-2，UPFC的控制目标
UPFC系统包含四个控制量(um1d、um1q、um2d、um2q)，组成四个可控目标，串联侧和并联侧分别提供两个控制目标；UPFC串联侧变流器调节线路功率成为调度给定值，而并联侧变流器主要为串联侧提供恒定的直流电容电压。
4.根据权利要求1所述的一种基于非线性控制的UPFC在微电网中的潮流控制方法，其特征在于，所述步骤5的反步滑模控制器设计如下：
UPFC串联侧反步滑模控制策略的实现过程包括以下三级子控制器的设计：第一级控制器(i2虚拟控制器)、第二级控制器(uf虚拟控制器)和第三级控制器(if虚拟控制器)。
5.根据权利要求1所述的一种基于非线性控制的UPFC在微电网中的潮流控制方法，其特征在于，所述步骤6的具体过程如下：
6-1，并联侧的不同控制方式
并联侧变流器的控制策略包括无功功率控制和自动电压控制两种类型；
6-2，并联侧解耦控制器设计
对于具有完善的MGCC(微电网中央控制器)的并网运行的微电网系统选择在无功功率控制模式下，获得并联侧的无功电流参考值通过UPFC并联侧来补偿串联侧的无功功率调节能力。
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