[發(fā)明專利]一種同步發(fā)電機勵磁輸出反饋控制器的設計方法

有效

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• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107231107B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 萬勇;田紅星;楊晨
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P9/10
• 分類號: H02P9/10;H02J3/24;H02P103/20
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發(fā)明公開了一種同步發(fā)電機勵磁輸出反饋控制器的設計方法，首先建立同步發(fā)電機的三階狀態(tài)空間系統(tǒng)模型；接著采用變量替換的方法將三階狀態(tài)空間系統(tǒng)模型等效重塑為四階狀態(tài)空間系統(tǒng)模型；然后采用輸出反饋的形式設計勵磁控制器；最后采用平方和方法得到優(yōu)化后的勵磁控制器。本發(fā)明解決了現(xiàn)有勵磁控制的算法復雜以及狀態(tài)反饋在電力系統(tǒng)中難以實現(xiàn)的問題。

技術領域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制技術領域，特別涉及了一種同步發(fā)電機勵磁輸出反饋控制器的設計方法。

背景技術

隨著時代發(fā)展，我國電力系統(tǒng)已經(jīng)步入大電網(wǎng)、大機組、交直流混合遠距離輸電、跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的階段，這決定了電力系統(tǒng)將會越來越復雜。電力系統(tǒng)屬于復雜非線性系統(tǒng)，而如何有效保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行一直是研究工作者的研究重點，其中抑制低頻振蕩的發(fā)生是重中之重。

勵磁控制系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接參與同步發(fā)電機的運行控制。勵磁控制從最初的單變量純比例控制，發(fā)展為現(xiàn)在的線性多變量反饋控制方式、非線性多變量控制方式及模糊控制算法等幾種主要控制算法。隨著電力系統(tǒng)越來越復雜，純比例控制和線性多變量控制方式已經(jīng)不能適應，非線性多變量控制方式及模糊控制算法成為主導，但設計較為復雜。

在現(xiàn)有勵磁控制器的設計方法中，大多采用狀態(tài)反饋。然而，電力系統(tǒng)中部分狀態(tài)無法測量，這導致狀態(tài)反饋控制器在實際應用中很難實現(xiàn)。

發(fā)明內容

為了解決上述背景技術提出的技術問題，本發(fā)明旨在提供一種同步發(fā)電機勵磁輸出反饋控制器的設計方法，解決現(xiàn)有勵磁控制的算法復雜以及狀態(tài)反饋在電力系統(tǒng)中難以實現(xiàn)的問題。

為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種同步發(fā)電機勵磁輸出反饋控制器的設計方法，包括以下步驟：

(1)基于單機無窮大系統(tǒng)的數(shù)學模型，建立同步發(fā)電機的三階狀態(tài)空間系統(tǒng)模型；

(2)設置單機無窮大系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點，采用變量替換的方法將步驟(1)建立的三階狀態(tài)空間系統(tǒng)模型等效重塑為四階狀態(tài)空間系統(tǒng)模型；

(3)采用輸出反饋的形式設計勵磁控制器；

(4)采用平方和方法得到優(yōu)化后的勵磁控制器。

進一步地，在步驟(1)中，同步發(fā)電機的三階狀態(tài)空間系統(tǒng)模型如下：

上式中，以發(fā)電機暫態(tài)電動勢E′_q、相對角速度ω和轉子功角δ為狀態(tài)變量，y₁、y₂為輸出量，P_e為發(fā)電機輸出有功功率，采用標幺值；ω₀為發(fā)電機轉子同步轉速；V_s系統(tǒng)電壓幅值；H為轉子慣性時間常數(shù)；P_m為原動機輸出功率，使用標幺值；D為阻尼系數(shù)；X_d發(fā)電機定子繞組自感抗；X'_d發(fā)電機暫態(tài)電抗；T_d0為勵磁繞組時間常數(shù)；E_f為勵磁繞組電壓；X'_ds＝X_d+X'_d+X_dl，X_dl為單機無窮大系統(tǒng)輸電線路電抗。

進一步地，在步驟(2)中，設單機無窮大系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點為(δ₀，0，E'_q0)，則有如下關系成立：

上式中，δ₀為穩(wěn)態(tài)時的發(fā)電機轉子運行角；E'_q0為發(fā)電機穩(wěn)態(tài)電勢；E_f0為勵磁繞組穩(wěn)態(tài)運行時電壓。