[發明專利]基于廣域多信號輸入分層控制的PSS設計方法

有效

• 申請號: 201710273580.5
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107346892B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 胡強;王渝紅;朱靜;陳慶軍;馬雷;孫德利;祁世海;李興源;魏巍;何鵬飛;戴寒光;鄧鴻強;李思思
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網遼寧省電力有限公司檢修分公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 周智博;宋鐵軍

1.一種基于廣域多信號輸入分層控制的PSS設計方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

(1)采用高精度辨識算法通過現場測量數據或非線性時域仿真直接導出系統精確的低階線性化模型；

(2)采用留數法針對不同的振蕩模態，分別在全系統選擇可觀性及可控性均較強的多個廣域信號作為控制器的反饋輸入；

(3)通過帶通濾波器分離系統模態，并基于射影定理對各個模態分別設計輸出反饋控制器，為各個模態分別提供恰當的阻尼，實現分層控制；

(4)為各模態分別設計不同的固定時滯補償環節，以消除廣域信號時滯對于控制效果的影響；

(5)將各模態控制器輸出信號疊加后作為基于廣域多信號輸入分層控制的PSS的最終控制輸出；

對于有n臺發電機組的某系統，首先采用TLS-ESPRIT算法辨識出系統中1號機組的低頻振蕩模態，篩選出其中的弱阻尼模態1、模態2……模態m；

對于1號機組PSS的待選廣域反饋輸入信號包括系統內所有發電機組的轉速差Δω_i(i＝1,2,…,n)；在進行反饋信號選擇時，應使反饋信號對于目標模式具有很強的控制能力；應盡量選擇對于目標模式留數較大的反饋信號；

對于被控系統有

R_i＝CΦ_iΨ_iB (2)

式中，G(s)為系統傳遞函數；Y(s)為輸出變量；U(s)為輸入變量；s是拉普拉斯算子；A為狀態矩陣；B為控制矩陣；C為輸出矩陣；λ_i是系統特征值；R_i是特征值所對應的留數，綜合反映信號對于相應模態的可控性與可觀性；Φ_i和Ψ_i分別為特征值對應的左、右特征向量；

應用TLS-ESPRIT算法進行系統振蕩模態辨識時，可以直接辨識出系統的傳遞函數，通過“系統傳遞函數”與“系統狀態空間描述”之間的轉換關系即得到矩陣A、B、C；隨后即可計算出其左、右特征向量；

在系統進入穩態運行后，對其施加不影響系統線性化條件的小幅值擾動；以1號機組勵磁電壓參考信號低幅值階躍擾動Δu_ref為輸入信號，以系統中各臺發電機轉子角速度增量Δω_i為輸出，分別得到各發電機組轉速偏差信號相對于1號機組勵磁參考電壓的降階模型：1號機組轉速偏差信號相對于1號機組勵磁參考電壓降階模型G₁₁、2號機組轉速偏差信號相對于1號機組勵磁參考電壓降階模型G₂₁、……n號機組轉速偏差信號相對于1號機組勵磁參考電壓降階模型G_n1；根據所辨識的傳遞函數，按照式(1)分別計算出其留數如表1所示；

表1廣域反饋信號留數辨識結果

根據表1，對于模態1留數R_1i較大，因此選擇相應的廣域反饋信號Δω_i作為模態1的廣域反饋輸入信號；同理，對于模態2留數R_2j較大，因此選擇相應的廣域反饋信號Δω_j作為模態2的廣域反饋輸入信號；……；對于模態m留數R_mk較大，因此選擇相應的廣域反饋信號Δω_k作為模態m的廣域反饋輸入信號；

不同控制通道的廣域信號輸入分別通過留數法在全系統尋優獲得；控制器的濾波環節采用Butterworth濾波器；

根據表1辨識結果，振蕩模態1選擇Δω_i為廣域反饋信號，振蕩模態2選擇Δω_j為廣域反饋信號，……,振蕩模態m選擇Δω_k為廣域反饋信號；以直流系統整流側定電流控制信號的低幅值階躍擾動為輸入，1號機組頻率偏差為輸出，采用TLS-ESPRIT算法辨識出m個振蕩模態頻率作為控制器輸入時，所對應的系統傳遞函數為：G_1i、G_1j、……、G_1k；

根據辨識出的不同模態下的系統傳遞函數，分別選擇閉環系統的期望特征值，利用阿克曼公式求得相應的狀態反饋增益向量K_mod1、K_mod2、……、K_modm；

基于狀態反饋向量，結合射影定理和控制效果，此時求出的兩種模態下控制器的傳遞函數G_mod1、G_mod2、……、G_modm；

對于采用廣域信號的通道，時滯補償環節采用相位補償環節來實現，以消除信號時滯對于控制效果的不良影響，其傳遞函數為

將各模態分層控制的控制輸出信號疊加即得到基于廣域多信號輸入分層控制的PSS最終控制輸出信號；基于廣域多信號輸入分層控制的PSS即設計完成。