尤其用Lyapunov類型的方法控制電力傳輸網絡中的TCSC的系統和方法
2023-10-25 15:08:27 2
專利名稱：尤其用Lyapunov類型的方法控制電力傳輸網絡中的TCSC的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種尤其通過Lyapunov類型的方法控制電力傳輸網絡中的TCSC的系統和方法。
背景技術：
對電能的需求的不斷增長使大的電能傳輸和分配網絡飽和。然而在歐洲，在經濟方面具有一定重要性的電力市場的全面開放引起了眾多的問題，並且尤其指出了大網絡互連的重要性，因此，較少使用的網絡可以支持具有更多負載的網絡。2003年夏天，由於非常大的電能需求，在美國和歐洲(義大利)發生的大的「中斷(black-out)」(網絡崩潰或喪失同步性)使運營商意識到與需求的發展相平行的發展網絡的必要性。從那時起，功率傳送的最大限度變為要考慮的新的限制。生產設備的管理和控制、調節、具有機械斷路器的可變電容器已經是用於控制功率流量的主要方法。然而，存在一些需要連續控制的應用，通過這種方法不能實現連續控制。通過控制無功功率(puissance réactive)，FACTS(柔性交流輸電系統)系統提供適於這些新的要求的解決方法。在這些系統中，不管最近的先進技術，TCSC(晶閘管控制串聯電容器)是在經濟標準和技術標準之間提供最好折衷的解決方案。該系統除了能夠控制無功功率以外，還能夠增大網絡的穩定性，尤其在面對次同步諧振現象的出現的情況下。
功率(puissance)傳輸原理 在能量傳輸網絡中，由三相交流發電機產生電能，然後在該電能在網絡上傳輸之前，電壓由升壓變壓器增大到超高壓。該超高壓允許在長距離上傳輸電能，同時減輕網絡的結構並且最小化熱損耗。然而該超高壓由設備的絕緣束縛以及電磁輻射現象限制。提供良好折衷的超高壓的水平為400kv到800kv。
為了功率可以在電源和接收機之間通過，電源電壓應該相對於接收機電壓相位偏移一個角度θ。該角度θ被稱為傳送角或線的內角。
用Vs表示電源側電壓，用Vr表示接收機側電壓，並且用X1表示線的純電感性阻抗，由電源提供的有功功率P和無功功率Q分別表示為 這些表達式表明在電感性線上傳送的有功和無功功率是電壓Vs和Vr、阻抗X1以及傳送角θ的函數。
為了增大由線傳送的功率，因此可以涉及以下三種方式 -增大電壓Vs和Vr。因此，很快由絕緣距離和安裝尺寸限制。所輻射的電磁場更大。因此要考慮環境影響。並且，材料更貴，維護成本高。
-涉及傳送角θ。該角是由生產地(sites de production)提供的有功功率的函數。對應於Pmax的最大角為θ＝π/2。對於更大的角，則進入曲線P＝f(θ)的下降部分，該部分是不穩定區域。運用太大的角θ工作具有喪失網絡控制的危險，尤其在網絡上的臨時故障(défaut transitoire)(例如相位接地(mise àla terre des phases))的情況中，返回到正常工作導致傳送角的臨時增大(以便去除在故障期間產生的能量，該能量不能被負載使用，並且以動能的形式儲存在發電機轉子中)。因此，該角不超過穩定性限制是必須的。
-涉及阻抗X1的值，可以通過在線上串聯安置電容器減小該阻抗的值，因此抵消了由能量傳輸線產生的無功功率。對於同一個傳送角，阻抗X1的值減小，則傳送功率增大。串聯FACTS是能夠實現該抵消無功功率功能的裝置。在串聯FACTS中，FC(固定電容)是最普遍的。然而，該FC不允許調節抵消程度。如果這種調節是必要的，那麼可以使用TCSC系統。
用於抵消無功功率的串聯FACTS的使用 FACTS的使用打開了新的前景，通過連續且快速地作用於網絡的不同參數相位差、電壓、阻抗，來更有效地使用電力網絡。因此，功率傳送被更好地控制並且電壓被更好的保持，這通過在高壓和超高壓下、在能量傳輸線的熱強度極限處傳送最大電流，能夠增大穩定性的極限並有助於使用能量傳輸線。
FACTS可以分為兩類並聯FACTS和串聯FACTS -並聯FACTS尤其包括MSC(機械投切電容器)、SVC(靜止無功補償器)和STATCOM(靜止同步補償器)。
-串聯FACTS尤其包括FC(固定電容器)、TSSC(晶閘管投切串聯電容器)、TCSC(晶閘管控制串聯電容器)和SSSC(靜止同步串聯補償器)。
串聯FACTS的最基本形式包括串聯安置在傳送線上的簡單電容器(FC)。該電容器抵消線的一部分電感。如果用Xc表示該電容器的阻抗，並且忽略連線的電阻，由被抵消的線傳送的功率寫為 如果用表示線的抵消率，則以上表達式變為 圖1示出了對於抵消率的三個不同的值0％(曲線10)，30％(曲線11)，60％(曲線12)，有功功率根據傳送角的變化。由串聯抵消帶來的改善是清晰可見的。事實上，抵消率直接作用於Pmax的值。因此，補償率越高，傳送功率越大或者對於同樣的傳送功率傳送角越小。並且，通過增大穩定性極限(即在穩定性臨界角之前可用的有功功率的極限)，傳送功率的增大允許改善在能量傳輸線上的臨時故障的情況下的網絡整體穩定性。
然而，具有固定和常量電容的電容器與傳輸線的電感的組合形成具有很小阻尼的諧振系統。在某些特殊情況下，尤其在傳輸線上發生故障後的返回到連續的正常工作的情況下，該諧振系統可以通過與由發電機渦輪的主體和軸構成的機械諧振系統的能量交換進入振蕩。該能量交換現象(已知地，名為「次同步諧振」SSR)引起大幅度的功率振蕩(並且因此電磁力矩)，因此在某些情況下可以引起發電機旋轉部分的機械軸的斷裂。
為了減弱這些功率振蕩，因此可以使用可控的串聯電容器或CSC(可控串聯電容器)，以便通過插入的容抗(因此阻抗)的有效控制來人為地減弱這些振蕩。用於減弱功率振蕩的適當的設備使用用於控制該容抗的晶閘管。最常用的裝置是由晶閘管或TCSC控制的串聯電容器，該裝置對於網絡的穩定性問題提供好的解決方案，並且是具有最小成本的FACTS中的一個。
用於抵消無功功率的TCSC的使用 如圖2所示，TCSC由兩個並聯支路構成。第一支路包括兩個首尾串聯連接的晶閘管T1和T2和電感L。該支路被稱作TCR或「晶閘管控制電抗器」，用於通過晶閘管控制電感，該電感可以比作可變電感。第二支路只包括電容器C。與該電容器並聯安裝的可變電感能夠使TCSC的阻抗變化，同時抵消由電容器產生的無功能量的全部或部分。通過調節晶閘管的觸發角(即在晶閘管開始導通的時期中的一個時刻)來實現該阻抗的值的變化。存在一個對應於LC迴路諧振的臨界區域。圖3能夠示出TCSC根據觸發角的全部阻抗。諧振區域15清晰可見。
TCSC主要具有兩種工作模式電容模式和電感模式。工作模式取決於觸發角的值。TCSC的啟動只能實現在電容模式中。
對於大於諧振值的觸發角，TCSC處於電容模式，並且電流提前於電壓。因此，TCSC作為電容器工作並且抵消線的一部分電感。因此，圖4示出了在電容模式中的工作，曲線20表示電容電流，曲線21表示線的電流，曲線22表示電容電壓(角α＝65°)。
由於來自電感負載的電流餘量，電容器的端部電壓增大(或升壓)，當晶閘管中的一個(例如T1)閉合時，該電流餘量被加入線電流。該電壓的增大可以由被稱為升壓係數的比Kb＝XTCSC/XCT特徵化，其中XCT僅是電容器的阻抗。在下半個周期時，另一個晶閘管(例如T2)的觸發允許產生相對半周的循環。因此，晶閘管T1和T2的觸發引起在每半個周期的電感向電容器C的充電/放電循環。完整的循環持續線電流的一個完整的周期。兩個晶閘管T1和T2被並行控制，其中一個斷開而另一個閉合，這個順序隨著電流的交替而變化。
在電感工作模式的情況下，觸發角小於諧振的值，並且電流落後於電壓。晶閘管的觸發順序顛倒。由於存在不可忽略的諧波，電壓嚴重變形。因此，圖5示出了在電感模式下的工作，曲線25表示電容電流，曲線26表示線電流，曲線27表示電容電壓。
TCSC主要用在電容模式中，然而在某些特殊情況下，TCSC應該工作在電感模式中。通過晶閘管的具體控制來實現從一個模式到另一個模式的轉換。這些轉換隻有在LC電路的時間常量小於網絡周期時是可能的。
在正常狀態下，TCSC端子的電壓經過零(因此，在TCSC中的電流強度的最小值或最大值取決於線電流的交替)準確地對應於線電流的最大值，即對應於正弦電流的情況下的π/2處。當處於正常狀態的情況下，眾多的模型化計算是容易的。事實上，由這種近似法產生的對稱性能夠大大地簡化出現在模型化中的不同表達式。然而，合成模型(modèle résultant)只在正常狀態下是可變的，這是很大的限制，因為由觸發角的變化實現控制。
一旦狀態臨時變化(即一旦觸發角變化)，則上述對稱性消失，並且如圖6所示，可以觀察到線電流Il(曲線30)的最大值和TCSC端子處的電壓v(曲線31)經過零處之間的相移
曲線32表示TCSC的電感中的電流i。該相移
由電感和電容之間的持續(permanent)能量交換引起。只要該角
(其可以被視為幹擾)保持相對小的值，則系統可以減弱該幹擾並且保持穩定。然而，更大的
值可以導致能量交換增大，因此導致系統的不穩定性。
觸發角α和導通結束角τ可以根據相移角
通過以下關係式來表示
TCSC的模型化 下面進行以下假設 -晶閘管被視作理想的，並且忽略斷開或閉合時的任何非線性， -晶閘管連接在簡單的線中，該線連接發電機，該發電機供給到無限母線， -線電流具有表達式il＝Ilsin(ωst)並且電流的最大時刻為π/2， -處於區間[α，α+π]中。
引入以下符號 α晶閘管的觸發角， τ導通結束角， σ＝τ-α導通時間，
相移角， ω0諧振角頻率， ωs網絡角頻率， L電感，R電阻，CTCSC的電容， 網絡角頻率ωs＝2*50*π， 諧振角頻率 有效電容 β半-導通角， u*＝ωsCeff(β*)TCSC的參考等效導納， 參考電壓， V1和V2測量電壓， V1*和V2*參考電壓，
和
電壓的循跡誤差(erreur de poursuite)。
主要目的是提供能夠在TCSC的整個工作範圍上表示其動態性能的TCSC狀態模型。根據基爾霍夫(Kirchoff)定律以及TCSC的工作描述，管理系統動態(dynamique)的公式歸納為以下的公式系統 其中，q是轉換函數，諸如在ωst∈[α，τ]時q＝1，在ωst∈[τ，π+α]時，q＝0。
根據系統狀態，參數q可以取兩個不同的離散值，所獲得的模型與「可變或混合結構」(連續量和離散量的組合)類型的狀態模型類似。這種模型除了適於用於混合系統的控制的非常特殊的技術以外，非常糟糕的適於非線性控制定律(loi de commande)的合成的傳統技術的使用。
為了獲得更合適的模型，現在將會引入移相器(phaseur)的概念。事實上，在一個周期T內平均的移相器中的傅立葉分解能夠去除狀態模型的這個雙重結構。
此處實現的用於獲得移相器的動態模型的廣義平均方法以以下事實為基礎正弦x(.)可以在區間]t-T，t]上通過傅立葉級數被表示為 τ∈]t-T，t] 其中，Re表示實數部分，Xk(t)是傅立葉的複數係數，同樣將其稱為移相器。因為所考慮的區間取決於時間(可以討論滑動窗(fenêtreglissante))，因此這些傅立葉係數是時間的函數。在時間t處的第k個係數(移相器k)由以下的平均值給出 Xk(t)＝k(t) 其中，k＝0時c＝1，k＝＞0時c＝2。獲得狀態模型，對於該狀態模型，以上定義的係數是狀態變量。
將通過指數為k的傅立葉係數獲得正弦函數稱為函數x的k行(rang)的諧波。這是函數
第一諧波被稱為基波。
對於k＝0，係數X0僅是x的平均值。
第k個傅立葉係數的導數由以下表達式給出 還可以注意到，如果f的偶數諧波為零。
用於書寫複數的慣例可以變化。涉及TCSC的模型化和控制的大部分文章採用慣例z＝a-ib而不採用z＝a+ib，其是用於此處的書寫慣例。然而，應當注意，只要以精確的方式將複數公式分解為實部和虛部，並且遵守一開始採用的慣例，該選擇不影響所示結果。在兩種情況中的傅立葉轉換同樣是一致的。唯一的明顯不同來自ωs的符號。事實上，當採用慣例a-ib時，虛數的軸的方向改變，因此，移相器的旋轉改變方向並且ωs變為負的。
靜態模型是不可使用的並且顯得不足，因此，將在電壓和電流基波上建立具有動態的模型。
通過使用傅立葉分解，因此將可以建立電壓和電流信號的移相器的動態。
從處理(régissant)以上給出的電壓和電流的動態的公式開始 應用傅立葉轉換並且因此獲得模型 其中， 根據以上給出dXt/dt的表達式，以上系統變為 首先將僅限定基波。
用V1c，V1s，I1c，I1s表示電壓和電流的基波(或第一移相器)的實部(餘弦)和虛部(正弦)。因此，得到 V1＝V1c+jV1s I1＝I1c+jI1s 已知，對於整個符號，基波的貢獻(contribution)為 v1＝V1ccos(ωst)-V1ssin(ωst) 因此，1的計算給出 因此獲得第二階(ordre)的複數狀態模型。通過將實部和虛部分開，得到4階實數模型，該模型的狀態變量為V1c，V1s，I1c，I1s 然而，如果α被控制，則τ取決於電感中的電流通過零，並且可以由超越公式(équation transcendante)的解來確定。因此，τ不是僅取決於V1，I1和Il。但是，某些近似法允許將以上系統轉換為真正的狀態模型。為此，足以將
表示為上述量的函數。假設信號足夠近似於通過唯一的基波獲得的信號。因此，可以將
表示為線電流的基波和電感中電流的基波之間的偏移，即
因此，模型的所有參數可以根據V1，I1和Il來確定。
TCSC的控制定律 在說明書最後的參考文件[1]定義一種根據控制定律控制TCSC的裝置，該裝置使得TCSC的電容器端子處的電壓通過零的時刻近似等距，在一定時間內通過能量傳輸線的電流除了包括基波分量以外還包括次同步分量。
第二個現有技術的文件，即參考文件[2]描述了用於TCSC系統的三個非線性控制定律由Lyapunov類型的方法合成(synthèse)的控制定律、IDA(互連與阻尼分配(Interconnection and DampingAssignment))類型的控制定律以及由FLC(反饋線性化控制)類型的技術獲得的控制定律。該文件分析這三個控制定律的穩定性，並且使用時間領域中的仿真來驗證由這三個控制定律獲得的性能。因此，該文件描述了Lyapunov類型的控制定律。然而，通過該控制定律獲得的性能顯得不足，尤其對於以下兩個技術問題 -靜態誤差的存在，比靠近TCSC的諧振區域的工作點更大， -在存在外部幹擾的情況下，缺乏魯棒性(魯棒性對應於性能的保持)。
本發明的目的是提供一種用於控制電能運輸網絡中的TCSC的系統和方法，其能夠通過提供產生TCSC晶閘管的觸發時刻的新控制定律來解決這兩個技術問題。
發明內容
本發明涉及一種用於控制安置在電力傳輸網絡的高壓線上的TCSC的系統，所述系統包括 -電壓測量模塊，能夠提取TCSC的端子處的電壓的諧波； -電流測量模塊，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波的幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的其它諧波的幅度； -遵循非線性控制定律的調節器，所述調節器在輸入端接收所述電壓測量模塊和所述電流測量模塊的輸出，以及對應於想要在所述TCSC端子處獲得的電壓基波的參考電壓，並且所述調節器提供等效導納； -用於根據提取算法提取控制角的模塊，所述模塊接收所述等效導納並且提供控制角； 其特徵在於，所述系統還包括 -用於TCSC的晶閘管的控制模塊，所述控制模塊接收所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環提供的零電流基準， 並且其特徵在於，所述控制定律為 其中 並且 u*＝ωsCeff(β*)，在平衡點處(穩定狀態)的等效導納， 參考電壓， V1和V2被測量電壓， V1＊和V2＊參考電壓，
和
電壓的循跡誤差， R2，R3和ε調節參數， |il|線電流的模， sign交換函數，其示例在圖12和13中給出。
有利地，用於提取角的算法包括表格、模型化或二分法檢索。
本發明還涉及一種用於控制安置在電力傳輸網絡的高壓線上的TCSC的方法，所述方法包括以下步驟 -電壓測量步驟，能夠提取TCSC的端子處的電壓的諧波； -電流測量步驟，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波的幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的其它諧波的幅度； -遵循非線性控制定律的調節步驟，根據電壓測量信號和電流測量信號，以及對應於想要在所述TCSC端子處獲得的電壓基波的參考電壓，來獲得等效導納； -用於根據角的提取算法提取控制角的步驟，根據所述等效導納，來獲得控制角； 其特徵在於，所述方法還包括 -用於TCSC的晶閘管的控制步驟，使用所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環提供的零電流基準， 並且其特徵在於，所述控制定律為 其中 並且 u*＝ωsCeff(β*)，在平衡點處(穩定狀態)的等效導納， 參考電壓， V1和V2被測量電壓， V1＊和V2＊參考電壓，
和
電壓的循跡誤差， R2，R3和ε調節參數， |il|線電流的模， sign交換函數，其示例在圖12和13中給出。
有利地，所述控制定律可以根據Lyapunov類型的方法確定。
該控制定律能夠獲得明顯改善的魯棒性，尤其在電容模式中。該控制定律還能夠去除電容和電感模式中的靜態誤差。
圖1示出了對於抵消率的三個不同的值，根據傳送角的有功功率。
圖2示出了TCSC的電路圖。
圖3示出了TCSC的根據觸發角的阻抗。
圖4示出了在電容模式中的TCSC的工作。
圖5示出了在電感模式中的TCSC的工作。
圖6示出了在電容模式中的TCSC的電流和電壓曲線。
圖7示出了本發明的系統。
圖8示出了在現有技術的系統中，根據β角的TCSC的等效導納。
圖9示出了在現有技術的系統中，在諧振(58.7度)附近工作時在電壓基波上的靜態誤差。
圖10示出了符號函數的近似法。
圖11示出了符號功能的「最佳」近似法。
圖12示出了根據本發明方法在電壓基波上的靜態誤差的消失。
圖13至圖15示出了通過參考文件[2]中定義的控制定律和通過本發明的控制定律獲得的對照的結果。
具體實施例方式 根據本發明的用於控制電力傳輸網絡中的TCSC的系統在圖7中示出。該TCSC設置在高壓線40上，並且包括電容器C、電感L和兩個晶閘管T1和T2。
該控制系統39包括 -電壓測量模塊41，能夠提取TCSC的端子處的電壓諧波； -電流測量模塊42，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線40中流通的電流的其它諧波的幅度； -遵循確定的非線性控制定律的調節器43，所述調節器在輸入端接收所述電壓測量模塊41和所述電流測量模塊42的輸出，以及對應於想要在所述TCSC端子處獲得的電壓基波(諧波1至50Hz)的參考電壓Vref，並且所述調節器提供等效導納； -用於根據角提取算法(例如表格、模型化或二分法研究)提取控制角的模塊44，所述模塊接收所述等效導納並且提供控制角； -用於TCSC的晶閘管T1，T2的控制模塊45，所述控制模塊接收所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環46提供的零電流基準。
根據本發明的用於控制設置在電力傳輸網絡的高壓線40上的TCSC的方法，所述方法包括以下步驟 -電壓測量步驟，能夠提取TCSC的端子處的電壓諧波； -電流測量步驟，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波的幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的其它諧波的幅度； -遵循非線性控制定律的調節步驟，根據電壓測量信號和電流測量信號，以及對應於想要在所述TCSC端子處獲得的電壓基波的參考電壓，來獲得等效導納； -用於根據提取算法提取控制角的模塊44，根據所述等效導納，來獲得控制角； -用於TCSC的晶閘管(T1，T2)的控制步驟，使用所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環提供的零電流基準。
為了更確切地描述本發明方法，以下將會依次分析現有技術的控制定律以及本發明的第一和第二控制定律。
現有技術的控制定律 現在，將分析在參考文件[2]中描述的現有技術的控制定律。該控制定律通過Lyapunov類型的方法獲得。
該控制定律的目標是控制將TCSC端子的電壓基波保持在參考值V*，並且通過控制晶閘管的觸發角減輕可能的幹擾。在該控制定律中，考慮電壓信號的基波的簡化模型。
前面已經詳細描述了能夠獲得狀態模型的步驟，該狀態模型的形式為 其中，q表示轉換函數，該轉換函數描述晶閘管的狀態如果晶閘管中的一個閉合，則q＝1，當兩個晶閘管全部斷開時，q＝0。I和V分別表示電感中的電流i和TCSC的端子電壓v的傅立葉基波係數(或1-移相器)。J表示矩陣 該矩陣用作複數j的替換，以便將移相器表示為包括相應複數移相器的實部和虛部的向量。
此外，應當注意，線電流Il的第一移相器由公式Il＝
T給出，其中|il|示在線中流通的電流的幅度。
當認為電流I的移相器的動態遠遠大於電壓V的移相器動態時，該狀態模型可以被減小，同時保留良好的精確度。通過觀察線性系統的特徵值(valeurs propres)，可以證實該假設。因此，可以快速地考慮由此獲得 或者可以寫為 其中，Leff(σ)表示TCR支路的有效電感，其取決於導通角σ。選擇用半-導通角替換該導通角σ。因此最終獲得 在系統的第一個公式中，用新的表達式替換I，獲得 優選地，通常相對於有效電感Leff更願意使用準-穩定狀態的有效容抗Ceff。這兩個量通過以下關係相聯繫 該準-穩定狀態的有效容抗Ceff可以根據半導通角β通過以下等式表示 回憶以下表達式 因此獲得模型 此處，控制量
由β表示。因此，該公式從控制變量方面來看是高非線性的。因此，根據該公式計算控制定律是困難的。
如在參考文件[2]中提到的，可以將以上公式重寫為更適應控制定律設計的形式 此處，已經通過設置u(β)＝ωsCeff(β)定義了控制輸入u。
圖8示出了有效導納ωsCeff(β)。該導納的符號根據TCSC的工作模式變化在電容模式下為正，在電感模式下為負。
在計算了控制信號u以後，角β可以通過給出Ceff(β)的以上公式(例如通過二分法檢索)獲得。該角還可以從預先填好的表格中提取。當知道β時，通過計算可以推導出觸發角α(其相對於線電流通過零被測量)。
控制量
的目的在於找到u(因此找到β)，使得有效導納u(β)＝ωsCeff(β)取常量參考值u*＝ωsCeff(β*)。因此，此處存在的問題是關於系統狀態V的調節問題。
同樣注意到，對於給出的常量u*，由給出CdV/dt的以上公式描述的系統接受(admet)唯一一個平衡點 因此，目的在於通過計算適當的控制信號u，將電壓V帶到常量參考V*＝V。
根據假設Il＝
T，因此具有 由於物理限制以及安全性原因，對於每個工作狀態，控制信號(有效導納)被限定在給定區間內 (cap＝電容的) (ind＝電感的) 通過修改模型以便在誤差的動態上工作而不在信號本身上工作，這些動態由以下系統給出 其中， 從該新的模型開始，考慮以下的Lyapunov函數 其中，b是正常量，z是輔助變量(在平衡點處為零)並且sat(τ)是飽和函數，其具有以下特性 τsat(τ)＞0 sat(0)＝0 satmin≤sat(τ)≤satmax 這種類型的Lyapunov函數通常被用在電子技術領域。該函數可被看作機械能的形式，即動能(第一項)和勢能(積分項)的和。
容易驗證W確實是Lyapunov函數該函數在平衡點(0，0)處為零(在平衡點處z＝0)，並且在其它地方都嚴格地為正數。
現在，將會計算W按照時間沿給出
和
的系統軌跡的導數 設置因此獲得這對於全部導數給出 該導數可以通過以下控制量變為負的 其中a是正常量。a和b可以被看作調節係數。通過使用兩個上述表達式，函數W的導數變為 因此導數為負。並且 因此，該系統的唯一的平衡點是原點(0，0)，並且該平衡點漸進地穩定。
給出
的系統向sat(z)會聚(converge)，因此，sat(z)由以下公式給出 設置 因此，控制定律最終由以下表達式給出 其中並且，因此 其中R2是系統的調節參數。
在可變基準的情況下，問題可以被看作跟蹤軌跡(suivi detrajectoire)的問題. 因此，誤差系統變為 基準的該變化將一個新的項引入控制中。因此獲得 因此，自然地應該考慮使分母的項
泡和，以便防止將其刪去。
該附加項在最終的結果上不會引起任何不同，但是允許精確地處理可變基準的情況。
該模型首先顯得是有效的，並且動態近似與開環的動態一致。然而，如圖9所示，可以看到在諧振附近區域中出現的靜態誤差，曲線48表示基準並且曲線49表示第一諧波。
該靜態誤差可以由多種方式來解釋測量的不精確性、模型的簡化和諧波的缺少、糟糕的增益調節等等。
因此，本發明的目的尤其是修改該定律，以便去除該靜態誤差。
本發明的第一控制定律 在本發明的方法中，保留大部分用於描述現有技術控制定律的上述方法。因此，簡化的模型同樣是 保留以上給出W的Lyapunov函數，並且在控制中加入項 為了避免振蕩現象，同樣選擇近似於(approcher)符號函數。
第一種可能性在於使用以下類型的近似法 其中，ε相當小，並且根據系統的時間常量來限定，如圖10所示，曲線50表示符號函數，曲線51表示近似的符號函數。
然而，選擇使用如圖11所示的更有效的近似法。公式與上述的公式相同，但是ε被選擇很大，以便使近似符號函數51在0附近變得「扁平」。
如此的近似適於(revient à)引入可變增益。因此，當誤差趨於零時，增益趨於零(即，被控制的輸出趨於基準)，這避免了當輸出接近基準時太大的驅動致動器。
因此，控制定律變為 或者 可以通過該新控制定律驗證系統穩定性。函數W的導數變為 這次選擇 這給出 因此，系統通過該新控制定律保持穩定。
並且，這次獲得 這導致 其中， 一個解決方案(solution)在於選擇Δ＝0。因此，可以獲得與a和b有關的關係式，可以將其替換到sat(z)的表達式中。
如圖12所示，該控制定律能夠去除靜態誤差，並且改善系統動態，曲線55表示基準，並且曲線56表示第一諧波。
圖13至15示出了通過諸如在參考文件[2]中定義的現有技術的控制定律以及通過本發明的第一控制定律所獲得的比較結果。
因此，圖13示出了在電容模式(從0至0.9秒)和電感模式(從0.9至2秒)中連續獲得的無諧波工作，其中具有 -基準信號I， -通過參考文件[2]獲得的信號II， -本發明的信號III。
如在0.2至0.6秒之間清晰可見的，相對於參考文件[2]，本發明的控制定律能夠減小靜態誤差。並且允許快速增益。
圖14示出了通過如圖15所示的包括諧波的線電流的工作。本發明的控制定律對於幹擾(諧波)沒有參考文件[2]敏感。並且本發明的控制定律更穩定。
本發明的第二控制定律 該第二控制定律的目的在於考慮諧波以便通過考慮作為測得的幹擾的諧波的貢獻改善控制定律的魯棒性和動態。
重複以上的計算，獲得以下的簡化系統 其中，P＝[P1，P2]T表示諧波的測得的和已知的貢獻。
該系統的新平衡點為 這次作為誤差系統獲得 Lyapunov的函數總是為 現在它的導數變為 該導數通過設置第二控制定律可以變為負的 諧波的貢獻的頻譜可以呈現在高頻，諧波的貢獻被濾波以便當使控制飽和時沒有使系統不穩定。
在這種情況下，獲得已經在圖12中示出的結果，因此，靜態誤差同樣被去除。
參考文獻US5801459G.Escobar，A.Stankovic，P.Mattavelli，R.Ortega，″Acomparative Study of three Nonlinear Controllers for TCSC″(IEEEPorto Tech Conference，September 10-13，2001，Porto)。
權利要求
1.一種用於控制安置在電力傳輸網絡的高壓線(40)上的TCSC的系統，所述系統包括
-電壓測量模塊(41)，能夠提取TCSC的端子處的電壓的諧波；
-電流測量模塊(42)，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波的幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的其它諧波的幅度；
-遵循非線性控制定律的調節器(43)，所述調節器在輸入端接收所述電壓測量模塊和所述電流測量模塊的輸出，以及對應於想要在所述TCSC端子處獲得的電壓基波的參考電壓，並且所述調節器提供等效導納；
-用於根據提取算法提取控制角的模塊(44)，所述模塊接收所述等效導納並且提供控制角；
其特徵在於，所述系統還包括
-用於TCSC的晶閘管(T1，T2)的控制模塊(45)，所述控制模塊接收所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環(46)提供的零電流基準，
並且其特徵在於，所述控制定律為
其中
並且
u*＝ωsCeff(β*)，在平衡點處(在穩定狀態下)的等效導納；
參考電壓；
V1和V2測得的電壓；
V1*和V2*參考電壓；
和
電壓的循跡誤差；
R2，R3和ε調節參數；
|il|線電流的模；
sign交換函數。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，用於角的所述提取算法包括表格、模型化或二分法檢索。
3.一種用於控制安置在電力傳輸網絡的高壓線(40)上的TCSC的方法，所述方法包括以下步驟
-電壓測量步驟，能夠提取TCSC的端子處的電壓的諧波；
-電流測量步驟，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的基波的幅度，如有必要，能夠提取在所述高壓線中流通的電流的其它諧波的幅度；
-遵循非線性控制定律的調節步驟，根據電壓測量信號和電流測量信號，以及對應於想要在所述TCSC端子處獲得的電壓基波的參考電壓，來獲得等效導納；
-用於根據角的提取算法提取控制角的步驟，根據所述等效導納，來獲得控制角；
其特徵在於，所述方法還包括
-用於TCSC的晶閘管(T1，T2)的控制步驟，使用所述控制角以及由給出電流位置的鎖相環提供的零電流基準，
並且其特徵在於，所述控制定律為
其中
並且
u*＝ωsCeff(β*)，在平衡點處(在穩定狀態下)的等效導納；
參考電壓；
V1和V2測得的電壓；
V1＊和V2＊參考電壓；
和
電壓的循跡誤差；
R2，R3和ε調節參數；
|il|線電流的模；
sign交換函數。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，用於角的所述提取算法通過使用表格、模型化或者二分法檢索獲得。
5.根據權利要求3所述的方法，其中，所述控制定律根據Lyapunov類型的方法確定。
全文摘要
本發明涉及一種用於控制安置在電力傳輸網絡的高壓線(40)上的TCSC的系統和方法。該系統包括電壓測量模塊(41)；電流測量模塊(42)；遵循非線性控制定律的調節器(43)，該調節器在輸入端接收電壓測量模塊和電流測量模塊的輸出，以及對應於想要在TCSC端子處獲得的電壓基波的參考電壓；用於根據提取算法提取控制角的模塊(44)；用於TCSC的晶閘管(T1，T2)的控制模塊(45)，該控制模塊接收由給出電流位置的鎖相環(46)提供的零電流基準。
文檔編號H02J3/18GK101682191SQ200880013505
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月22日 優先權日2007年4月24日
發明者阿卜杜勒卡裡姆·本希伊布, 澤格·普蘭, 揚妮克·魏勒 申請人:阿海琺輸配電股份公司