[發明專利]一種大型多機電力系統的分散協調分層魯棒控制方法

在審

• 申請號: 201710251751.4
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107123997A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 竇春霞;宗媛媛;李峰磊;張博;張亞民
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J13/00
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙)13116
• 代理人: 李合印

技術領域

本發明涉及大電網控制領域，具體涉及一種大型多機電力系統的分散協調分層魯棒控制的設計方法。

背景技術

現代電力系統是一個分布散、強耦合和非線性的復雜系統，由此而來的穩定裕度、能源利用率和環境友好型問題亟待解決。因此，實現大電網跨區域互聯，更充分地利用電能資源，提高電網遭受大干擾后的暫態穩定性成為重要的研究課題。簡單的單機系統已經不能滿足互聯大系統的要求，所以有必要將大型多機電力系統設為研究對象。關于對象的建模問題，研究表明，在穩定性分析中，并非更加復雜詳細的模型就會得到更好的結果。為了簡化分析計算，本發明建立了同步發電機的三階數學模型。然而在模型中，仍然存在不可消除的耦合項，因此，處理這些非線性耦合性至關重要。

針對模型中的非線性耦合項，現在有許多成熟的處理方法。自適應反演算法給定了一個連續可微非線性函數解耦合，然而在遞推的Lyapunov函數選取時仍然沒有一個系統的解決方案。滑膜控制在滑模面的選取上有很大困難，還有其自身難以消除的抖振問題。引入輔助環的方法，只適用于對稱的故障。其他的非線性處理方法，例如模糊自適應方法由于在控制律中存在不可測變量，在參數優化和可實現性方面存在弊端。本發明在原有研究的基礎上，提出一個更加合理、更加智能的和易于實現的分散協調分層魯棒控制技術。

發明內容

本發明目的在于提供一種暫態穩定性能高、合理性強、智能性高、易于實現的大型多機電力系統的分散協調分層魯棒控制方法。

為實現上述目的，采用了以下技術方案：本發明所述方法步驟如下：

步驟1，構建兩層分散協調控制方案；

基于系統穩定性評估指標，在系統暫態穩定的情況下，各同步發電機執行分散控制策略；在系統暫態失穩的情況下，觸發和執行區域間的協調控制策略，進而保持整個系統在故障條件下的暫態穩定性；

步驟2，設計啟動協調控制的暫態穩定評估方法；

基于時域仿真的暫態穩定終止判據，來判斷電力系統的暫態穩定狀態，作為分散協調控制策略的基礎；

步驟3，提出基于擴張狀態觀測器(ESO)的同步電機三階補償模型；

構建同步電機三階模型，在擴張狀態觀測器的補償下，消除模型內部的耦合性，保留發電機內部的功角關系，該模型為構建兩層分散協調控制策略提供模型基礎；

步驟4，提出由下層分散控制策略；

首先根據暫態穩定評估指標，判斷出系統現在的狀態是暫態穩定，確定執行分散控制策略；然后根據H_∞魯棒控制方法設計分散控制器；

步驟5，提出上層協調控制策略；

首先根據系統穩定性評估指標，判斷出系統現在的狀態是暫態失穩，確定執行區域間的協調控制策略；然后根據H_∞魯棒控制方法設計協調控制器，確保整個系統供電的安全性和穩定性；

步驟6，仿真試驗驗證上述方案的有效性。

進一步的，步驟1中，在電力系統中，上層協調控制器的運行狀態取決于系統的暫態穩定性狀態，即當電力系統暫態失穩時，執行協調控制策略，上層協調控制器接收來自其他同步電機的遠程測量信號，同時下層分散控制器接收來自自身同步電機的測量信號反饋到輸入端，此時定義協調控制器為激活狀態；當電力系統暫態穩定時，執行分散控制策略，只有下層分散控制器接收來自自身同步電機的測量信號反饋到輸入端，此時定義協調控制器為未激活狀態；與此同時，內環的擴張狀態觀測器將系統模型中難以處理的耦合項觀測出來；通過補償器，得到去耦后的基于擴張狀態觀測器的同步電機三階補償模型；在上層設有一個協調控制器，主要負責區域間同步電機的協調控制并確保整個系統的暫態穩定性。

進一步的，步驟2中，忽略阻尼作用，第i臺發電機的轉子運動方程為

其中，δ_i(t)為發電機的轉子角，ω_i(t)為轉子角速度，ω₀為同步角速度，Δω_i＝ω_i-ω₀，M_i為慣性時間常數，P_mi為機械輸入功率，P_ei為電磁輸出功率；

首先，根據廣域測量系統計算更新當前狀態的功角值

δ_i(t+ΔT)＝δ_i(t)+100π[ω_i(t)+ΔP_ei(t)·ΔT/2M_i]ΔT (2)