一种基于STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈协调控规律

一种基于STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈协调控规律

周雪会

（广西工业职业技术学院广西南宁530001）

摘要：分析发电机励磁控制系统中，构建非线性系统模型，便于对发电机运行过程进行有效操控，通过采用非线性协调控制法，促进静止同步补偿器运行的可靠性。本文首先介绍STATCOM的概念及特点，然后分析STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈协调控，根据STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈非线性协调控制律，掌握STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈非线性协调控制过程。

关键词：STATCOM；发电机励磁；目标全息反馈；非线性协调控制

前言

以发电机为代表的电子装置在生活中得到广泛运用，电能的供应关乎人们生活与生产，利用先进的电子装置，有效改善电能质量，并为发电机运行提供可靠技术。静止同步补偿器在运行中受到自然条件的约束，影响设备正常运行，因此为进一步完善静止同步补偿器功能，分析STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈非线性协调控制律，并构建相应的数学模型，系统设计中，将电压角作为控制量，同时坚持多目标控制理念，促进非线性协调控制系统的有效运用。

一、STATCOM的介绍

STATCOM指的是静止同步补偿器，它作为一种实时动态化的无功补偿器，从它的工作过程看来，属于电压型逆变器，现如今已在行业生产中得到普遍运用。利用交流电抗器将电路并联在电网上，同时调节电网电流两侧的相位和幅值，从交流侧直接输出电流，主要是以这种方式，促进静止同步补偿器运行过程的可靠性，并进行实时的动态监测，便于发出无功电流[1]。静止同步补偿器的工作原理是：通过控制交流电测电压基波相位，实现对输出电流的有效控制，保证发电机运行中电流稳定。

二、STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈协调控制

1.非线性协调控制的意义

（1）静止同步补偿器利用无功补偿装置进行系统设计，其安全性能明显优于普通的同步调相机，比如在系统震荡、稳定性设计的方面，无功补偿装置得到有效运用，采用非线性协调控制方式，根据STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈非线性协调控制律，保证静止同步补偿器的稳定运行，还实现了快速调节，使得系统的安全性更高，无功补偿装置的运行环境得到改善[2]。

（2）无功补偿装置运行中，利用直流电容器代替以往的交流电容器，因此无功功率大大提升，更重要的是，系统的运行功率可以随时调节，操控过程更为灵活。谐波量小，静止同步补偿器功能设计中，通过利用多电平技术、多重化技术等先进手段消除谐波量，借助电压源逆变装置，避免谐振的产生，使得该装置的运行过程更为稳定，形成串联谐振回路，及时掌握系统运行中电流的变化情况。

2.目标全息反馈非线性协调控制规律的介绍

目标全息反馈非线性协调控制是以非线性控制理论为指导，在静止同步补偿器运行中发挥出重要作用，在实际工作中，是从系统的稳定性和电压调节精度出发，将有功功率作为控制目标，同时根据非线性变换的状况，以多状态线性组合方式，有效保障了静止同步补偿器的静、动态性能的协调控制问题。为提升系统运行的稳定性，工作人员针对非线性控制系统，提出一种目标全息反馈非线性控制方法，便于将相应的控制目标有效转换到线性空间中，使其受到性能指标的实时约束，以此促进工作人员了解STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈协调控制规律。

3.电流管控系统

非线性系统管理环节，及时了解电感、电阻等的变化，掌握STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈非线性协调控制律及系统结构中的电能损耗，对于流经的电流进行动态化掌控。了解无功补偿装置与发电机励磁间的非线性关系，作业人员及时了解系统的非线性表现，通过发电机运行中电能损耗的具体情况，对相应电阻进行科学控制，提高系统运行的稳定性[3]。利用三维技术掌握发电机励磁系统运行状况，便于掌握无功补偿装置的输入、输出量，并采用非线性协调控制法，实时控制发电机励磁系统。设备日常运行中，逆系统控制器作为主要的控制装置，运用功能完善的逆控制器，及时了解非线性协调控制系统运行中的电流变化，全面掌握STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈非线性协调控制律，将电流闭环反馈控制作为辅助装置，精确的控制补偿电流，促进直流电压的稳定性，有效减少了发电机运行中电压不稳定的问题[4]。利用单相信号交流模型，确定扰动量，并展开仿真验证，绘制有效的频率响应曲线仿真效果图，从而对非线性协调控制模型有一个直观认识。

4.非线性协调控制功能的实现

为提高发电机运行网络的稳定性，作业人员根据STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈非线性协调控制律，及时采用非线性协调控制法，有效消除谐波，根据无功功率信号得出期望值信号。掌握非线性协调控制的基本规律，及时了解电能输入量与输出量之间的关系，非线性协调控制作为主要手段，了解瞬时电流和瞬时电压的关系，对发电机励磁过程进行实时跟踪，有效减少稳态误差。对于电流参数变化，进行科学掌控，根据电阻器和瞬时无功功率等具体情况，了解瞬时电压变化。比如采用多目标方程式，全面掌握非线性协调控制规律设计重点：

该公式为：二次性能指标公式

其中：是非线性系统输出量的目标组合，是无功功率，是发电机电压频率，

指的是交流侧电压，为逆变桥内阻和内部电阻的等效值，指支路电流分量，代表发电机励磁。

为了解运用无功补偿装置时输出的实际电流，工作人员将无功补偿装置并联至发电机系统中，利用变压器有效控制发电机运行电流，避免发生逆变器故障。并联环节，整个无功补偿装置相当于一个电压源，在连接电抗后，及时得出无功补偿装置输出的电流大小，运用公式表示为：

其中：指的是空载相电压，指的是系统相电压，指电抗。

工作人员为全面掌握发电机励磁非线性协调控制表现，根据控制器运行状态，无功功率等数据，准确的计算出静止同步补偿目标值：

其中的指发电机稳定运行状态下产生的无功电流，指交流电，指非线性系统输出电压与电网电压的相位差。

运用数学模型，准确控制非线性静止同步补偿器的运行状态，同时掌握发电机励磁在非线性协调控制下电流的变化，借助闭环反馈系统，及时进行电流补偿，从而避免电压不稳定导致的非线性协调控制失效[5]。实践中发现，非线性协调控制器的主要原理是：静止同步补偿器正常启动时，补偿电流为0，此时经检测得知直流电容电压为0，当直流电容充电到一定时候，静止同步补偿器开始输出补偿电流，从而使得补偿电流与目标电流一致。电压及直流电容参数的变化，导致静止同步补偿器的电能损耗增大，在发电机励磁非线性协调控制的整个过程中，参数变化平稳，使得非线性协调控制系统运行更稳定，便于工作人员根据电能补偿实际情况进行负载跟踪。

结束语

静止同步补偿器在行业生产中得到普遍运用，为促进发电机励磁正常运作，采用非线性协调控制法，及时掌握运行电流、电压、电阻、系统输出电压与电网电压的相位差等知识。掌握系统结构中的电能损耗，对于流经的电流进行动态化掌控，依据STATCOM与发电机励磁的目标全息反馈非线性协调控制规律，构建单相信号交流模型，明确静态工作点，对发电机励磁过程进行实时跟踪，有效减少稳态误差，利用变压器有效控制发电机运行电流，减少设备故障，准确的计算出静止同步补偿目标值，使得非线性协调控制系统运行更稳定。

参考文献：

[1]刘青，张立娜.多机系统发电机时滞反馈励磁与STATCOM的非线性鲁棒协调控制[J].电力自动化设备，2017，37（4）：102-108.

[2]姜雪妍.STATCOM与同步发电机励磁能量稳定控制[J].信息技术，2017（4）：160-164.

[3]刘青，张立娜，陈世超.多机系统励磁与SSSC的非线性鲁棒协调控制[J].电力建设，2016，37（11）：129-134.

[4]薛尚青，蔡金锭，刘丽军.静止同步补偿器与双馈风电场的无功电压协调控制[J].电工电能新技术，2013，32（2）：24-27.

[5]龚鸿，江伟，王渝红，等.基于静止同步补偿器与直流调制协调控制的低频振荡抑制方法[J].电工技术学报，2017，32（6）：67-75.

【基金项目】

广西高校中青年教师基础能力提升项目“静止同步补偿器与发电机励磁的非线性协调控制研究”（2018KY1100）