[發明專利]一種基于協同控制理論的勵磁系統及其穩定方法

有效

• 申請號: 202010028164.0
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111181175B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 蘭飛;胡志望;黎靜華;趙平;乙加偉;李春嬌
• 申請（專利權）人: 廣西大學;三峽大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02P9/10;H02P103/20
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

1.一種基于協同控制理論的勵磁系統穩定方法，所述勵磁系統包括勵磁功率單元和勵磁控制子系統，所述勵磁控制子系統包括勵磁調節器和電力系統穩定器，所述勵磁功率單元包括三電平整流器和勵磁電壓斬波器，其特征在于，所述穩定方法包括如下步驟：

勵磁控制子系統通過控制同步發電機的軸電流，實現母線電壓的控制，母線電壓外環的輸出作為軸電流給定；

勵磁控制子系統通過控制同步發電機的軸電流為0，實現母線電容的均壓控制，母線電容的電壓差環輸出作為軸電流給定；

勵磁控制子系統通過控制同步發電機的軸電流作為電力系統穩定器的輸出，勵磁調節器的輸出與電力系統穩定器的輸出經過矢量合成后共同作用于勵磁功率單元，以調節同步發電機的勵磁電流，實現同步發電機無功功率的雙向調節；

所述穩定方法還包括如下步驟：

通過同步發電機的勵磁電流、機端電壓和無功功率來構造宏變量，該宏變量的表達式為：

其中，、、分別為同步發電機穩定運行時的機端電壓，無功功率及勵磁電流參考值，、為無功功率及勵磁電流的權重系數；

通過構造宏變量演化動態方程的一階微分表達式：；

為系統自組織過程到達穩定狀態快慢的參數，作為一個示例，必須滿足Hurwitz條件，即，為狀態變量，為狀態變量的一階微分函數，為狀態變量，為控制變量，為時間，。

2.根據權利要求1所述的一種基于協同控制理論的勵磁系統穩定方法，其特征在于，所述勵磁控制子系統通過前級整流器控制功率因數，維持直流母線電壓恒定及上下母線電容電壓平衡。

3.根據權利要求1所述的一種基于協同控制理論的勵磁系統穩定方法，其特征在于，所述勵磁控制子系統通過改變線路的阻抗特性使同步發電機的電樞電流超前感應電勢，以產生有加磁作用的直軸反應從而抬升同步發電機的機端電壓。

4.根據權利要求1所述的一種基于協同控制理論的勵磁系統穩定方法，其特征在于，所述勵磁控制子系統通過后級斬波電路控制輸出的勵磁電壓。

5.根據權利要求1所述的一種基于協同控制理論的勵磁系統穩定方法，其特征在于，利用同步發電機的定子回路電壓平衡方程、轉子回路電磁暫態方程和轉子運動方程獲取同步發電機的機端電壓、無功功率和勵磁電流參考值的約束條件，具體為：

定子回路電壓平衡方程為：；

轉子回路電磁暫態方程為：；

轉子運動方程為：；

其中，、分別為同步發電機的機端電壓在、軸的分量，、分別為同步發電機的、軸暫態電勢，、分別為、對時間的微分，、分別為同步發電機的、軸同步電抗；、分別為同步發電機的、軸暫態電抗；、分別為同步發電機的、軸暫態時間常數；、分別為同步發電機的定子電流、軸分量；為電力系統的輸出電壓,由勵磁電壓有功分量和勵磁電壓無功分量經矢量合成；為同步發電機的功角，為對時間的微分；為同步發電機的實測角頻率，為對時間的微分，為同步發電機的額定角頻率；為同步發電機的慣性時間常數；為阻尼系數；為電力系統原動機輸入的機械轉矩；為同步發電機的定子電阻；

同步發電機的機端電壓、無功功率和勵磁電流參考值的約束條件為：

將勵磁電流的微分表述為：；

將無功功率的微分和機端電壓的微分表述為：?；

其中，?，為負載的阻抗角，滿足?，。

6.根據權利要求5所述的一種基于協同控制理論的勵磁系統穩定方法，其特征在于，電力系統穩定器的控制律表示為：

式中：為勵磁電壓無功分量與勵磁電流的比例關系，為勵磁電流無功分量。

7.一種基于協同控制理論的勵磁系統，其特征在于，所述勵磁系統包括勵磁功率單元和勵磁控制子系統，所述勵磁控制子系統包括勵磁調節器和電力系統穩定器，所述勵磁功率單元包括三電平整流器和勵磁電壓斬波器，以使得所述勵磁系統實現權利要求1-6中任一項所述方法的步驟。