动态电压恢复器的模型预测控制.pdf

第４１卷第９期２０１３年５月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶｂ１．４１ＮＯ．９Ｍａｙ１，２０１３动态电压恢复器的模型预测控制裴喜平，郝晓弘，陈伟，肖骏。，王维洲（１．兰州Ｚ＿ｒ－大学电气工程与信息工程学院，甘肃兰州７３００５０；２．甘肃电力科学研究院，甘肃兰州７３００５０）摘要：为了提高动态电压恢复器的响应速度和稳态精度，提出了基于模型预测控制的控制策略，详细分析了控制器参数设计方法。在分析动态电压恢复器主电路模型的基础上，采用内环电流控制器对模型进行改进，得出模型预测控制所需的被控对象一步预测模型，设计了模型预测控制器。所提控制算法克服了基于非参数预测模型的模型预测控制由于算法复杂、参数调整困难，计算量大，很难直接应用到电力系统这样的快速实时系统中的问题，同时实现了预测控制滚动优化、反馈校正的优点。在满意的稳定精度下，明显提高了系统的动态响应速度。与经典控制策略的实验对比分析，证明了所提方法的正确性和有效性。关键词：模型预测控制（ＭＰＣ）；动态电压恢复器；电能质量ＭｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｏｒｅｒＰＥＩＸｉ．ｐｉｎｇ，ＨＡＯＸｉａｏ．ｈｏｎｇ，ＣＨＥＮＷｅｉ，ＸＩＡＯＪｕｎ２，ＷＡＮＧＷｅｉ．ｚｈｏｕ２（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ；２．ＧａｎｓｕＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄａｎｄｓｔｅａｄｙａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｏｒｅｒ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｂａｓｅｄｏｎｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＰＣ）ａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｆｏｒｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｏｒｅ￣ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｔｈｅｉｎｎｅｒｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｔｈｅｏｎｅ．ｓｔｅｐｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｏｂｊｅｃｔｎｅｅｄｅｄｂｙＭＰＣｉｓａｃｑｕｉｒｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎａｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｖｅｒｃｏｍｅｓｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｔｈａｔｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｎｏｎ－ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｂｅｄｉｒｅｃｔｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｓｕｃｈａｓｒａｐｉｄｒｅａｌ－ｔｉｍｅｓｙｓｔｅｍｄｕｅｔｏｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｄｉ伍ｃｕｌｔｉｅｓｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｎｄａｍｏｕｎｔｏｆｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．ＩｔｈａｓｔｈｅｍｅｒｉｔｓｏｆｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｄｙｎａｍｉｃｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＭＰＣ．Ｕｎｄｅｒｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙｓｔｅａｄｙａｃｃｕｒａｃｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｔｒａｔｅｇｙｉｍｐｒｏｖｅｓｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｃｌａｓｓｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｓｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５１２６７０１２）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＰＣ）；ｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｏｒｅｒ（ＤＶＲ）；ｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙ中图分类号：ＴＭ７６１文献标识码：Ａ——文章编号：１６７４３４１５（２０１３）０９－００４７０７０引言随着各种高精密的电子设备普遍运用于工业生产，工业负荷对各种电能质量扰动越来越敏感，其中电压跌落问题被认为是最为严重的电能质量问题。动态电压恢复器（Ｄ、，］Ｒ）是公认的最有效的解决电压跌落问题的电力电子补偿装置【卜】。ＤｖＲ是一种基金项目：国家自然科学基金项目（５１２６７０１２）；甘肃省电网公司科技项目（２０１０４０６０１１）；甘肃省高等学校基本科研业务费专项资金项目（１ｌ０３ＺＴＣ１４１）解决电压跌落问题的串行补偿装置，当检测到电压跌落时，通过实时向电网射入幅度、相位可调的正弦波形，从而使敏感负载能穿越电源电压跌落而正常工作。根据电力系统电压跌落的特点及其敏感负载的要求，需要ＤＶＲ无明显延迟的开启补偿，因此对检测算法、控制算法的响应速度有很高的要求。控制策略问题是ＤＶＲ系统的核心问题之一，决Ⅵ定了Ｄ系统的补偿效果Ｊ。根据ＤＶＲ系统开环阻尼系数小的特点，文献［４】采用电压外环和电容电流内环的双环反馈比例控制器策略，增大了闭环阻尼系数，虽然控制器计算量小，但稳态误差较大，响电力系统保护与控制应速度慢。为了减少稳态误差，文献［５】设计了谐振控制器。为了提高响应速度，文献【６．９】采用了反馈和前馈相结合的控制策略。文献［１０】提出了ｄｑ法检测跌落、模糊控制策略，算法计算量大，稳态精度低。文献［１１］提出在正负序坐标系中进行双矢量的控制方案，但由于正负序分解带来的延迟影响了系统的动态响应速度。文献［１２】提出了静止坐标系下的鲁棒控制策略，虽具有良好的稳态性能和鲁棒性，但系统带宽不足，没有良好的动态响应速度。文献［１３１提出了ｄｑ坐标系下的状态反馈极点配置控制策略，文献【１４］提出了在ｄｑ坐标系下的最优控制策略，但性能严重依赖于ＤＶＲ系统的精确数学模型，鲁棒性较差。上述控制策略都基于先有信息反馈，再产生控制动作的反馈控制理论，对提高动态响应速度能力有限。本文提出一种基于模型预测控￣ＩＪ（ＭＰＣ）的控制策略，由于ＭＰＣ根据系统未来的输出状态确定当前的控制动作，具有预见性Ｌｌ引，极大地提高了控制的响应速度，且满足偏差的滚动优化目标，具有满意的稳态精度。实验验证了所提控制策略的有效性。１ＤＶＲ的模型预测控制器方案单相ＤＶＲ系统如图１所示，通过对电网ＰＣＣ（ｐｏｉｎｔｏｆｃｏｍｍｏｎｃｏｕｐｌｉｎｇ）的实时检测，当识别出电压跌落发生时，控制器启动补偿，通过对ＤＶＲ主电路的控制，生成合适的补偿电压注入电网，检测算法和控制算法由ＤＳＰ数字系统实现。忽略掉耦合变压器的漏感和漏阻，ＤＶＲ系统单相主电路拓扑结构如图１虚线框中所示，它由电压源ＤＶＲＡＣ—ｖ雨ｒ；＼＝厂Ｌ竺ＪＬＪＪ＝检测跌落，生成补偿电压Ｉ控制与调制ＰｗＭ逆变ｌｌＣ∞““储能单元…………一旦差堕一图１单相ＤＶＲ系统Ｆｉｇ．１Ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅＤＶＲｓｙｓｔｅｍ逆变器、ＬＣ滤波电路和串联耦合变压器及直流储能单元组成。其中为电网电压，为负载电压，、ｉｋ分别为电压源逆变器输出的电压和电流，屯为负载电流折算到变压器副边的电流，变压器的原边与电网串联，为滤波电容电压。、厶、Ｃ分别为滤波电感的电阻值、电感值和滤波电容的电容值。ＤＶＲ系统单相主电路状态方程为ｄ＋ｉｋ＝Ｕ一Ｕ。（１）ｏＺ，Ｇ二＝＿．１１（２）式中，ｋ＝ａ，ｂ，Ｃ代表三相。当ＩＧＢＴ开关频率对调制波频谱中最高频率之比较高时，逆变环节等效于比例环节，因此，ＤＶＲ开环系统结构图如图２虚线框中所示，本文系统采用三相独立控制结构，其可以很好地对平衡、不平衡跌落情况进行补偿，可以很好地应用在三相四线制的配电系统中。依据主电路中ＬＣ低通滤波器的设计原则，ＤＶＲ开环系统是小阻尼系数系统，会产生很大的谐振，对电力系统产生很大的负作用，因此控制策略必须提高阻尼系数，由于滤波电容电流正比于输出电压的变化率，通过对的调节可以改善的性能。因此可以把在调速系统中常用的电流内环控制方法引入￣ＩＪＤＶＲ系统的控制中。为了控ＮＤＶＲ系统输出的补偿量，本文提出了双闭环复合控制策略，即基于比例控制器的内环电流控制器和基于ＭＰＣ的外环电压控制器，控制系统结构如图３所示。当检测到电压跌落时，根据检测补偿算法得￣ＵＤＶＲ控制系统参考输入，与ＤＶＲ系统的电压输出反馈ｖＲ一起作为外环电压控制器的输入，采用ＭＰＣ控制策略主要是为了让系统在某种局部最优性能指标下，获得良好的动静态跟踪性能，与最优控制追求全局性能最优相比，它更适合控制系统的实际情况。ＭＰＣ控制器的输出作为内环电流控制器的参考输入，和滤波电容电流ｉｏ比较形成电流偏差，送入电流比例控制器，产生满意的控制电压，根据ＤＳＰ系统产生ＰＷＭ开关信号作用于ＤＶＲ系统主电路，从而实现对，Ｒ的跟踪。针对控制方案，本文控制器的设计分为两个部分，其一设计内环电流比例控制器，讨论比例系数的选取原则，其二以内环电流控制器和ＤＶＲ主电路裴喜平，等动态电压恢复器的模型预测控制．４９．图２复合控制系统框图Ｆｉｇ．２Ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ２ＤＶＲ控制器的设计２．１电流环比例控制器设计从图３可知，内环电流控制器和ＤＶＲ主电路共同构成的增广控制对象传递函数模型为Ｇｃ（）Ｋ。鬲３）式中：为电流内环控制器比例系数；Ｒ、厶、分别为主电路中滤波电感的电阻值、电感值和滤波电容的电容值（具体参数参看第３节）。电流内环比例控制器主要改善控制对象的阻尼系数，提高外环电压控制的稳定性，原始控制对象和在不同的比例系数下增广控制对象的波特图如图３所示。从图３中可以看出原始控制对象由于ＬＣ滤波器产生严重的谐振，电流内环比例控制器的引入有效提高了阻尼系数，从而抑制了谐振，意味着更平滑的过渡过程，所以更大的有利于外环电压ＭＰＣ控制器的设计实现。同时可以看出的增大减小了增广控制对象的带宽，意味着降低了对象响应速度，但ＤＶＲ系统整体的响应速度可以由ＭＰＣ控制器来改善。ｆｌ（ｒａｄ／ｓｅｃ）图３不同比例系数下增广控制对象波特图Ｆｉｇ．３Ｂｏｄｅｄｉａｇｒａｍｏｆａｕｇｍｅｎｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｐｌａｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒｓ从图２可以看出，折算到变压器副边的负荷电流也是ＤＶＲ系统的外部扰动，加入内环电流比例控制器后电压输出反馈ｖ耻对的扰动传递函数模型为——㈣：一（４）＋（Ｒ＋）Ｃｆ＋１在不同比例系数下的波特图如图４所示。从幅频特性可以看出，在低频段不同的对扰动抑制能力几乎是等同的，但在高频段，更大的有更好的扰动抑制能力，尤其在对象的谐振频率附近。因此，从抑制扰动的角度，需要更大的。但在实际控制系统实现中，更大的意味着更大的滤波电容电流噪声及采样直流偏移放大倍数，因此需要根据实际情况折中选择Ｋ。本文根据以上定性分析及２．２节预测模型推导的要求，实验中结合控制对象参数选取＝１５。（ｒａｄ／ｓｅｃ）图４不同比例系数下扰动模型波特图Ｆｉｇ．４Ｂｏｄｅｄｉａｇｒａｍｏｆｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒｓ２．２基于增广控制对象的预测模型预测模型的实现是ＭＰＣ控制器设计的关键。传统的ＭＰＣ控制（ＭＡＣ、ＤＭＣ）采用基于脉冲响应或阶跃响应的非参数模型作为预测控制模型，算法复杂，在线运算量大，需整定的参数较多，难以直接应用到快速的实时控制系统领域。对应用到电力系统配电系统中的ＤＶＲ系统而言，控制系统的响应速度是最重要的性能指标之一。理论上讲，任何具有预测功能、能进行预测计算、反映对象动态特性的模型均可作为它的预测模型。在实时系统预测模型设计中，为了简化计算，在能复现控制对象动态持性前提下，模型应越简单越好。式（３）中增广控制对象是二阶系统，只要增广控制对象的带宽满足一定条件，二阶系统就可以降阶为一阶系统。式（３）中鲁ｐｎ电力系统保护与控制如果ＬｆＣｆｗ２＜＜１成立（ｗｂ为增广控制对象的带宽），即＜＜１／ＬｆＣｆ，根据工程计算方法，一般容许有１。％以内的误差，得１，即满足ｗｂ＜１／３时，就有（５）Ｃｆ＋（碍＋）Ｃｆ＋ｌ（辟＋）Ｃｆ＋ｌ而通过图３可知，增广控制对象的带宽是可以通过调节的，从而通过的调节就可以完成对象的模型简化。式（５）经零阶保持器采样保持，离散化的脉冲传递函数为ｂｌｚ一ｌ＋ａ１ｚ一—’式中：ａ＝ｅＲ；６ｌ＝１一ｅ一Ｃｆ。其中Ｒ＝足＋Ｋ，为采样周期。ｏ由式（６）得到的差分方程为Ｖ￣ｗ（ｋ）＝一口１Ｖ￣ｗ（ｋ一１）＋ｂｌｉ：（ｋ一１）（７）由式（７）可得ｋ＋１时刻ＤＶＲ系统输出的预测模型如式（８）所示。ｖＲ（＋１Ｉ）＝一Ｃｌ１Ｖ．ＶＲ（ｋ）＋ｂｌｉＳ（ｋ）（８）式中：ｖＲｍ（Ｊｉ｝＋１Ｉ尼）为＋１时刻预测模型的输出Ⅵ值；ｖＲ（）为时刻Ｄ系统的实际输出值；（）为时刻由外环ＭＰＣ电压控制器生成的控制量，也即内环电流控制器的参考输入。２．３电压环模型预测控制器的设计模型预测控制器是根据系统的参考输入和预测输出，依据对某个系统性能指标的最优化计算来确定一个控制时域内的最优控制序列。考虑实际ＤＶＲ系统中存在的对象模型时变、非线性及系统中的各种随机干扰，为了得到更准确的未来时刻的预测值，可通过实测系统输出与预测模型输出的误差来进行预测校正，提高预测的准确度，经过反馈校正的引入，也使系统成为一个闭环系统，对提高系统的性能起到了很大的作用。ｋ时刻的实测ＤＶＲ系统输出电压与预测模型输出电压的误差为Ⅵｅ（ｋ）＝ｖＲ（尼）一（ｌｋ一１）（９）用此偏差Ｐ（）对ｋ＋１时刻的预测模型输出值ｖＲ』ｎ（＋１ｌ尼）进行校正，得闭环预测输出如式（１０）所示。Ⅵ（＋１Ｉｋ）＝ｖＲｍ（七＋１ｌ）＋Ｐ（）（１０）在控制过程中，希望未来时刻的预测输出电压ｖＲｏ（＋１Ｉｋ）尽可能地接近ｋ＋１时刻的期望给定值（由ＤＶＲ系统检测部分实时计算得到），又希望控制量不要过大。因此，滚动优化性能指标取为ｍｉｎＪ（ｋ）＝ｑ［ＶＤｖＲ。（后＋１ｌ｜ｊ｝）一ｖＲ（七＋１）］＋ｗ［（）】（１１）式中：ｖＲ（十１）为系统ｋ＋１时刻的补偿量，作为控制器的给定值；ｑ、Ｗ是加权系数，表示对跟踪误差和控制量的抑制。合理的权系数选择对控制系统性能有很大影响，增大可提高系统的控制精度、ｗ增大可提高系统过渡的平滑性，但同时过渡时间增加。通过最优化求解，可得到满足时刻滚动优化性能指标的控制率为，ＴＬ—《（）＝（一－Ｄｖ（后）＋Ｐ（七）一、，（Ｊｉ｝＋１））ｗ十ｑｏｉ（１２）外环电压控制的ＭＰＣ原理如图５所示。系统在时刻ｋ采样，得到ＤＶＲ系统的实际电压输出、（），实时计算实测系统输出与预测模型输出的误差Ｐ（），进行反馈校正后，得到闭环预测输出值ｖＲＤ（＋１ｌｋ），再与下一时刻给定值限（＋１）进行比较，通过滚动优化计算当前时刻施加于增广控制对象的控制量（），完成一个控制循环。可以看出，所设计的外环电压控制器具有ＭＰＣ的实时预测、实时优化、实时校正三大特点。通过增广控制对象动态特性的等价得出的简化预测模型使所设计的ＭＰＣ控制器计算量小，适合电力电子装置的实时控制，通过反馈校正的引入，提高了控制系统的鲁棒性和抗干扰能力。而系统通过检测算法得到ｋ＋１时刻的期望输出，求得｜ｉ｝时刻的控制量，使得控制目标ＶＲ（）快速的跟踪期望的输出，因而具有快速的动态响应性能。‰卜岖巫匝墅一‰ｆ¨ｗ（ｋ１）ｌ１‘１＋Ｉ七）ｌｌＩ二Ｈ图５ＭＰＣ原理框图Ｆｉｇ．５ＭＰＣｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍ裴喜平，等动态电压恢复器的模型预测控制３实验验证为了验证所提控制策略的有效性，在实验室样机上把模型预测控制与经典的双闭环复合控制策略进行了比较，ＤＶＲ系统检测部分采用基于ｐｑｒ瞬时无功理论的方法ｕ＂】，此算法几乎可以无延迟地检测电压跌落和生成三相补偿量，有利于提高系统的响应速度。实验参数为：正常三相相电压有效值为２２０Ｖ，频率为５０Ｈｚ，直流母线电压为４００Ｖ，负载为阻感负载。滤波电感值为０．５２ｍＨ，滤波电感的电阻值为２５ｍＱ，滤波电容值为１２０ｕＦ，串联变压器的变比为１：１，电压电流采集选择双极性模数转换器，电压跌落由专用的跌落电源产生，各相电压源逆变器采用单相全桥逆变电路，采用ＳＰＷＭ调制方式，ＩＧＢＴ开关频率和采样控制频率均为５ｋＨｚ，主控芯片为浮点型ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５，可以满足检测算法和控制算法计算实时性需要，同时其外设可以方便产生所需的ＰＷＭ调制信号。模型预测控制器参数选取为：电流内环比例控制器选为＝ｌ５，加权系数选为ｑ＝１５、Ｗ＝１６。根据实验参数预测模型为ｖＲＩｎ（尼＋１Ｉ）＝０．８９５Ｖｏｗ（ｋ）＋１．５７５ｚｏ。（ｋ）（１３）根据文献［４】所提根轨迹理论下的极点配置策略，对阻尼性能和响应速度进行综合考虑，复合控制器参数选取为：内环系数＝１２，外环系数Ｋｖ＝０．０８。图６为三相平衡跌落情况下，系统采用模型预测控制时网侧电压、ＤＶＲ系统输出电压、负载电压波形以及两种控制算法下ＤＶＲ输出偏差（选取Ｃ相）。各相电压幅值跌落４０％，相位不变，持续两个周波（Ｏ．０２～０．０６ｓ）。从图６（ｄ）可以看出，模型预测控制在平衡跌落时响应速度、稳态精度和阻尼性上都优于复合控制。４００３００２００之１００出脚０暮匿一１００－２００—３００—４０００．０００．０１０．０２０．０３０．０４０．Ｏ５０．０６０．０７０．０８ｔ／ｓ（ａ）网侧电压０．Ｏ００．０１０．Ｏ２０．０３０．０４０．０５０．０６０．０７０．Ｏ８ｔ／ｓ（ｂ）ＤＶＲ系统输出电压ｔ／Ｓ（ｃ）负载电压ｓ（ｄ１两种控制算法下Ｃ相ＤＶＲ输出偏差图６平衡跌落实验波形Ｆｉｇ．６Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｖｅｓｕｎｄｅｒｂａｌａｎｃｅｄｓａｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ图７为三相严重不平衡跌落情况下，系统采用模型预测控制时网侧电压、ＤＶＲ系统输出电压、负载电压波形以及两种控制算法下ＤＶＲ输出偏差ｆ选取Ｃ相）。Ａ相幅值跌落１０％，相位不变，Ｂ相幅值跌落８９％，相位滞后跳变２５。，Ｃ相幅值跌落５０％，相位滞后跳变２０。，跌落持续两个周波（０．０２～０．０６Ｓ）。类似，从图７（ｄ）可以看出，模型预测控制在不平衡跌落时响应速度、稳态精度和阻尼性上都优于复合控制。由于在内环电流控制器设计中充分考虑了负载电流扰动的影响，负载为非线性整流电路时，得到了与线性负载类似的结果。＞目、Ｉ＞０．５２．电力系统保护与控制删屠匿脚凸ｔ／ｓ（ａ）网侧电压４００３００２００之１Ｏ００框一１Ｏ０－２００—３０Ｏ一４００之躺堡鲁簿＞凸Ｕｔ／ｓＤＶＲ系统输出电压８８０．０００．０１０．０２０．０３０．０４０．０５０．０６０．０７０．０８ｆ，ｓｆＣ）负载电压ｓ（ｄ）两种控制算法下Ｃ相ＤＶＲ输出偏差图７不平衡跌落实验波形Ｆｉｇ．７Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｖｅｓｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｄｓａｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ因此，不论是平衡还是不平衡跌落情况下，基于ＭＰＣ的控制策略同时具备了很快的动态响应速度和较高的稳态精度，显著改善了补偿效果，可以满足电力系统实时性的要求。４结语本文针对ＤＶＲ控制系统中对动态响应速度极高的要求，提出了基于模型预测控制（ＭＰＣ）的复合控制策略。该方法首先通过引入内环电流控制器改善原始被控对象性能，通过合理简化增广对象模型，设计了ＭＰＣ所需的预测模型，在此基础上依据滚动优化、反馈校正的思想设计了模型预测控制器，该控制器具有计算简单、容易实现、性能优化等优点。实验表明所提控制策略明显改善了ＤＶＲ系统的动态响应速度，可进一步推广应用到电力系统这样的实时控制领域。参考文献［１］丁洪发，段献忠，何仰赞．一种用于不对称配电系统的新型动态电压恢复器［Ｊ］．中国电机工程学报，２０００，—２０（１１、：４８５０．—ＤＩＮＧＨｏｎｇｆａ，ＤＵＡＮＸｉａｎ－ｚｈｏｎｇ，ＨＥＹａｎｇ－ｚａｎ．Ａｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｏｒｅｒｆｏｒｕｎｂａｌａｎｃｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０００，２０（１１）：４８．５０．［２］陶顺，肖湘宁，刘晓娟．电压暂降对配电系统可靠性影响及评估指标的研究［Ｊ】．中国电机工程学报，２００５，—２５（２１）：６３６９．—ＴＡＯＳｈｕｎ，ＸＩＡＯＸｉａｎｇｎｉｎｇ，ＬＩＵＸｉａｏ－ｊｕａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｖｏｌｔａｇｅｓａｇａｎｄａｃｃｅｐｔａｂｌｅｉｎｄｉｃｅｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００５，２５—（２１）：６３６９．［３］王晶，徐爱亲，翁国庆，等．动态电压恢复器控制策略研究综述［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１）：１４５．１５１．ＷＡＮＧＪｉｎｇ，ＸＵＡｉ－ｑｉｎ，ＷＥＮＧＧｕｏ－ｑｉｎｇ，ｅｔａ１．ＡｓｕｒｖｅｙｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＤＶＲ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１）：１４５１５１．［４］ＶｉｌａｔｈｇａｍｕｗａＭ，ＲａｎｊｉｔｈＰ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｏｒｅｒｗｉｔｈｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｌｏａｄ—ｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏ１［Ｊ】．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００２，１７（５）：８２４－９３４．Ｅ５３ＺｍｏｏｄＤＮ，ＨｏｌｍｅｓＤＧＢｏｄｅＧＨ．ＳｔａｔｉｏｎａｒｙｆｒａｍｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆＰＷＭｉｎｖｅｒｔｅｒｓｗｉｔｈｚｅｒｏ—￣ｅａｄｙｓｔａｔｅｅｒｒｏｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎ，２００３，１８（３）：８１４－８２２．［６］ＷｏｏｄｌｅｙＮＨ，ＭｏｒｇａｎＬ，ＳｕｎｄａｒａｍＡ．Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｗｉｔｈａｎｉｎｖｅｒｔｅｒ－ｂａｓｅｄｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｏｒｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙ，１９９９，１４（３）：１１８１－ｌ１８６．［７］ＬｅｅＳＪ，ＫｉｍＨ，ＳｕｌＳＫ，ｅｔａ１．ＡｎｏｖｅｌｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｓｔａｔｉｃｓｅｒｉｅｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｓｂｙｕｓｅｏｆＰＱＲｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｐｏｗｅｒｔｈｅｏｒｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒ裴喜平，等动态电压恢复器的模型预测控制．５３．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００４，１９（３）：８１４－８２７．［８］ＭａｒｅｉＭＩ，Ｅ１－ＳａａｄａｎｙＥＦ，ＳａｌａｍａＭＭＡ．ＡｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈｔｏｃｏｎｔｒｏｌＤＶＲｂａｓｅｄＯｉｌｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙ，—２００７，２２（４）：２０１７２０２４．［９］王晶，徐玲玲，徐爱亲．无串联变压器型ＤＶＲ模糊控制策略研究［Ｊ］Ｉ电力系统保护与控制，２０１２，４０（２）：５６．６Ｏ．—ＷＡＮＧＪｉｎｇ，ＸＵＬｉｎｇ－ｌｉｎｇ，ＸＵＡｉｑｉｎ．Ｓｔｕｄｙｏｆｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｌｅｓｓｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｏｒｅｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（２）：５６－６０．［１０］韩民晓，尤勇，刘昊．线电压补偿型动态电压调节器（ＤＶＲ）的原理与实现［Ｊ］．中国电机工程学报，２００３，２３（１２）：４９－５３．ＨＡＮＭｉｎ－ｘｉａｏ，ＹＯＵＹ＿０ｎｇ，ＬＩＵＨａｏ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆａｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｇｕｌ￣ｏｒ（ＤＶＲ）ｂａｓｅｏｎｌｉｎｅｖｏｌｔａｇｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００３，２３（１２）：４９－５３．［１１ＪＡｗａｄＨ，ＳｖｅｎｓｓｏｎＪ，ＢｏｌｌｅｎＭ．Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｕｎｂａｌａｎｃｅｄｖｏｌｔａｇｅｄｉｐｓｕｓｉｎｇｓｔａｔｉｃｓｅｒｉｅｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ［Ｊ】ＩＥＥＥ—ＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００４，１９（３）：８３７８４６．［１２］ＬＩＹｕｎ－ｗｅｉ，ＶｉｌａｔｈｇａｒｎｕｗａＭＤ，ＢｌａａｂｊｅｒｇＦ．Ａｒｏｂｕｓｔｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｆｏｒｍｅｄｉｕｍ・－ｖｏｌｔａｇｅ・－ｌｅｖｅｌＤＶＲｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ［Ｊ】．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，—２００７，５４（４）：２２４９２２６１．［１３］郭文勇，肖立业，任晋旗．动态电压恢复器的复合数字多变量状态空间反馈控制［Ｊ］．电力系统自动化，２００８，３２（１８）：５５－５８．ＧＵＯＷｅｎ－ｙｏｎｇ，ＸＩＡＯＬｉ－ｙｅ，ＲＥＮ］ｉｎ－ｑｉ．Ｈｙｂｒｉｄｄｉｇｉｔａｌｍｕｌｔｉ－ｖａｒｉａｂｌｅｓｔａｔｅｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｏｒｅ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（１８１：５５－５８．［１４］郭文勇，肖立业，郭金东．动态电压恢复器的最优控制和最优滤波［Ｊ］．中国电机工程学报，２００９，２９（６）：４８．５４．ＧＵＯＷｅｎ－ｙｏｎｇ，ＸＩＡＯＬｉ－ｙｅ，ＧＵＯ］ｉｎ－ｄｏｎｇ．Ａｎｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｏｒｅｒｗｉｔｈａｎｏｐｔｉｍａｌｆｉｌｔｅｒ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００９，２９（６）：４８－５４．［１５］钱积新，赵均，徐祖华．预测控制【Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００７．［１６］ＬｅｅＳＪ，ＫｉｍＨ，ＳｕｌＳＫ，ｅｔａ１．ＡｎｏｖｅｌｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｓｔａｔｉｃｓｅｒｉｅｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｓｂｙｕｓｅｏｆＰＱＲｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｐｏｗｅｒｔｈｅｏｒｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓＯｉｌＰｏｗｅｒ—Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００４，ｌ９（３）：８１４８２７．［１７］武小梅，栗颂东，文福拴，等．瞬时无功功率理论在配电网电能质量控制中的应用［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（１０）：７９－８２．ＷＵＸｉａｏ－ｍｅｉ，ＬＩＳｏｎｇ－ｄｏｎｇ，ＷＥＮＦｕ－ｓｈｕａｎ，ｅｔａ１．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｈｅｏｒｙｉｎｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００９，３７（１０）：７９－８２．—收稿日期：２０１２－０８２３；—修回日期＃２０１３－０３１２作者简介：裴喜平（１９８０－），男，博士研究生，讲师，主要从事电力系统自动化、电能质量的分析与控制、嵌入式系统方面的研究、教学工作；Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｘｐ１９８０２０１１＠１６３．ｔｏｍ郝晓弘（１９６０－），男，博士生导师，主要从事电力系统自动化、先进控制技术方面的研究、教学工作。