基于非线性鲁棒电力系统稳定器的励磁控制方法

摘要

基于非线性鲁棒电力系统稳定器的励磁控制方法，属于电力系统稳定性控制领域，其特征在于，在多机励磁系统非线性数学模型基础上，用微分几何控制理论与非线性H_∞方法相结合，提出了一种非线性鲁棒电力系统稳定器，其输出信号与原有的自动调压器输出控制信号相加，所得的励磁控制信号，对发电机组的激励系统进行控制，从而避免了外界不确定性因素的影响，解决了电力系统动态呈强非线性和高耦合性的问题，克服了现有技术中忽略了系统固有的非线性特征的缺陷，改善了动态稳定性，最大限度地发电机组的装机容量。

主权项

1.基于非线性鲁棒电力系统稳定器励磁控制方法，其特征在于，所述方法是在数字集成电路中依次按照以下步骤完成的：步骤(1)初始化以下发电机组参数并输入所述数字集成电路中：稳态频率值ω_0i＝314.16，历次绕组时间常数I_d0i′，机组转动惯量H_i，D轴电抗X_di、Q轴电抗X_qi、D轴暂态电抗X_di′、定子电阻r_i，其中：i为所述发电机组中第i台发电机的称号；步骤(2)利用电压互感器PT、电流互感器CT实时测得以下个各量：发电机i的三相电压u_ai，u_bi，u_ci，三相电流瞬时值i_ai，i_bi，i_ci，电机转速近似值ω_i＝2πf_i，系统频率f_i可以直接测得，再把u_ai，u_bi，u_ci，i_ai，i_bi，i_ci输入到该数字集成电路；步骤(3)根据步骤(2)输入的各个瞬时值计算得以下状态量：线电压有效值V_ti，电流有效值I_ti，有功功率P_ei，无功功率Q_ei；步骤(4)分别以发电机的额定电压V_B、额定电流I_B、额定阻抗Z_B＝V_B/I_B为基值，再以发电机组视在功率S_N以及定子角频率ω_B＝ω₀＝314.1529为基值队步骤(3)得到的各状态量作标幺化处理；步骤(5)在步骤(4)得到的各标幺值且r₁＝0的条件下计算下列各状态量：●Q轴电势：$E_{\mathrm{qi}}=\sqrt{{(V_{\mathrm{ti}}+\frac{Q_{\mathrm{ei}}{x}_{\mathrm{di}}}{V_{\mathrm{ti}}})}^2+{\left(\frac{P_{\mathrm{ei}}{x}_{\mathrm{di}}}{V_{\mathrm{ti}}}\right)}^2},$●Q轴暂态电势：$E_{\mathrm{qi}}^{\prime }=\sqrt{{(V_{\mathrm{ti}}+\frac{Q_{\mathrm{ei}}{x}_{\mathrm{di}}^{\prime }}{V_{\mathrm{ti}}})}^2+{\left(\frac{P_{\mathrm{ei}}{x}_{\mathrm{di}}^{\prime }}{V_{\mathrm{ti}}}\right)}^2},$●D轴电流：$i_{\mathrm{di}}=\frac{c_i}{d_i}{E}_{\mathrm{qi}}^{\prime }{I}_{\mathrm{ti}}^2,$●$\left\{\begin{array}{c}{a}_i=Q_{\mathrm{ei}}+x_{\mathrm{di}}^{\prime }{I}_{\mathrm{ti}}^2\\ b_i=P_{\mathrm{ei}}\\ c_i=Q_{\mathrm{ei}}+x_{\mathrm{qi}}{I}_{\mathrm{ti}}^2\\ d_i=a_i{c}_i+b_i^2\end{array}\right.,$●Q轴电流：$i_{\mathrm{qi}}=\frac{b_i}{d_i}{E}_{\mathrm{qi}}^{\prime }{I}_{\mathrm{ti}}^2,$步骤(6)按下式计算标幺制下的各反馈量●频率偏差：Δω_i＝(ω_i-ω_0i)●功角偏差：${\mathrm{\Delta \delta }}_i={\int }_0^t{\mathrm{\Delta \omega }}_i\mathrm{d\tau },$t为积分周期，dτ为积分间隔，●功率偏差：ΔP_ei＝(P_ei-P_ei0)，P_ei由额定功率下相电压、相电流有效值算出，P_ei0为视在功率，●电压偏差：ΔV_ti＝(V_ti-V_ti0)，V_ti0为额定线电压，V_ti为线电压；步骤(7)计算D轴电流i_di和Q轴电流i_qi的微分量和：用线性拟合的方法求得；步骤(8)设置Q轴电流i_qi的最小值，取值区间为[0.1，0.2]，按下式计算i_qi的轻载修正系数k_qi，以及空载修正系数C_qi，当i_qi＝i_qimin，或i_qi＝-i_qimin时，k_qi＝0，C_qi＝0.1，当i_qi＞i_qimin，或i_qi＜-i_qimin时，k_qi＝1，C_qi＝1，步骤(9)按照下式计算非线性鲁棒电力系统稳定器NR-PSS的输出V_fiNR-PSS：$V_{\mathrm{fiNR}-\mathrm{PSS}}=E_{\mathrm{qi}}-\frac{T_{d0i}}{i_{\mathrm{qi}}}[K_{\mathrm{qi}}{E}_{\mathrm{qi}}^{\prime }{\stackrel{·}{i}}_{\mathrm{qi}}+(x_{\mathrm{qi}}-x_{\mathrm{di}}^{\prime })(i_{\mathrm{qi}}{\stackrel{·}{i}}_{\mathrm{di}}+K_{\mathrm{qi}}{i}_{\mathrm{di}}{\stackrel{·}{i}}_{\mathrm{qi}})]$$+C_{\mathrm{qi}}{C}_{1i}\frac{{\mathrm{HT}}_{d0i}}{{\omega }_0{i}_{\mathrm{qi}}}(k_{1i}{\mathrm{\Delta \delta }}_i+k_{2i}{\mathrm{\Delta \omega }}_i-k_{3i}\frac{{\omega }_0}{H_i}{\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{ei}})$其中：反馈系数k_1i，k_2i，k_3i，各自在[0，300]间取值，阻尼调节系数C_1i，C_1i＝1/m_i，m_i在[0.1，10]间取值；步骤(10)按下式计算PID控制的电压调节器AVR的输出V_fiAVR：$V_{\mathrm{fiAVR}}={-k}_{\mathrm{pi}}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{ti}}-k_{\mathrm{Ii}}{\int }_0^t{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{ti}}\mathrm{d\tau }-k_{\mathrm{di}}\Delta {\stackrel{·}{V}}_{\mathrm{ti}}$其中：ΔV_ti为机端电压偏差量，k_pi为比例系数，在[1，300]间取值，k_Ii为积分系数，在[0，100]间取值，k_di为微分系数，在[0，100]间取值；步骤(11)按照下式计算用于控制第i台发电机可控硅控制器的励磁信号V_fi：V_fi＝C_3i·V_fiAVR+C_2i·V_fiNR-PSSC₁，其中：C_2i为NR-PSS的增益系数，取值范围为[0.1，1]，C_3i为AVR的增益系数，取值范围为[0.5，1]。