欒居里

（沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，沈陽 110045）

0 引言

穩(wěn)定性問題多年來一直是電力系統(tǒng)最為關(guān)注的主要問題。因?yàn)殡S著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，系統(tǒng)控制器的挑戰(zhàn)也在增加[1]。帶有時(shí)滯結(jié)構(gòu)的線性控制系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于遙控以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量輸入系統(tǒng)。這些控制器用來產(chǎn)生阻尼振動(dòng)輔助控制信號(hào)。因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)基于復(fù)雜非線性系統(tǒng)的線性化模型的，時(shí)滯控制器不可能總是保證穩(wěn)定性尤其是當(dāng)嚴(yán)重的可能發(fā)生的意外發(fā)生。因此,非線性控制設(shè)計(jì)技術(shù)可能是唯一的選擇。

在電力系統(tǒng)中，重要的結(jié)果都是通過實(shí)施不同的非線性控制器獲得的。下面我們回顧一下用于單機(jī)無窮大系統(tǒng)的非線性控制器。Bazanella等人[2]設(shè)計(jì)了基于Lyapounov方法(LgV)的狀態(tài)反饋控制器提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。該控制器需要發(fā)電機(jī)的內(nèi)部電壓，但這并不能測(cè)量。更復(fù)雜而且現(xiàn)實(shí)的控制設(shè)計(jì)技術(shù)，也就是遞推控制技術(shù)基于Krstic方法被發(fā)明出來了。該方法的第一個(gè)應(yīng)用是文獻(xiàn)[3]中的SMIB系統(tǒng)，其目的是改進(jìn)瞬態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)壓。雖然沒有使用任何優(yōu)化過程通過反復(fù)試驗(yàn)得到了控制增益，結(jié)果揭示了這項(xiàng)新的控制結(jié)束的有效性。

1 用于分散控制器的嚴(yán)格反饋發(fā)電機(jī)模型

為了應(yīng)用本文提出的設(shè)計(jì)技術(shù)，發(fā)電機(jī)模型(1)以一種嚴(yán)格的反饋形式計(jì)算[7]，(2)每一個(gè)及其認(rèn)為是一個(gè)獨(dú)立的動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)。為了獲得嚴(yán)格的反饋形式模型，電功率代替直接的和正交電壓采用一個(gè)態(tài)變量。發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中解耦是通過將其他系統(tǒng)對(duì)該系統(tǒng)的影響作為微擾考慮獲得的。因此，每一個(gè)發(fā)電機(jī)可以用以下方程描述。

在這里，耦合項(xiàng)di包括本地的和遠(yuǎn)程的信息。在本文中，它可以表示為電力偏差一個(gè)不確定的多項(xiàng)式函數(shù)，例如帶有估計(jì)本地信息參量：

2 自適應(yīng)反推控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

這樣是為了用遞推控制方法令系統(tǒng)穩(wěn)定(3)，然后控制x1到期望值=α0=constant，然后找到x2穩(wěn)定(3)，找到x3穩(wěn)定(4)，最后找到u穩(wěn)定(5)，然后穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)。因此，x2和x3將有實(shí)際的路線α1和α2。定義誤差變量為:

然后，我們將該問題歸結(jié)為尋找α1和 α2，u，然后使誤差變量zi趨于0。

3 控制器增益優(yōu)化

3.1 互聯(lián)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是互聯(lián)電力系統(tǒng)，原理圖如圖1所示。執(zhí)行器包括一個(gè)激勵(lì)增益KA，一個(gè)濾波時(shí)間常數(shù)TR和飽和極限。本文所提出的自適應(yīng)遞推控制器作為勵(lì)磁機(jī)的補(bǔ)充信號(hào)(如圖2所示)。我們說明了提出的控制器的有效性并且同現(xiàn)存的PSS方法進(jìn)行了比較。在發(fā)電機(jī)2,3中的PSSs已經(jīng)成功并用于衰減本地和遠(yuǎn)程互相之間的干擾。因此，本文中相同的發(fā)電機(jī)被控制了。并且對(duì)下列控制策略進(jìn)行了分析。

圖1 互聯(lián)基準(zhǔn)電力系統(tǒng)

圖2 具有穩(wěn)態(tài)激勵(lì)的補(bǔ)充控制器

雙PSSs系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)如下所示，被應(yīng)用于發(fā)電機(jī)2, 3。

公式中，TW為濾波常數(shù)，KW為濾波增益，而T1, T2是超前-滯后時(shí)間常數(shù)。

圖3 相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度δ31，δ41對(duì)于情形1

圖4 相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度δ31，δ41對(duì)于情形2

兩個(gè)自適應(yīng)遞推控制裝置，使用本文提出的方法設(shè)計(jì)，被用于發(fā)電機(jī)2和3。一個(gè)三項(xiàng)故障發(fā)生在3號(hào)總線。在情況#1中，仿真結(jié)果表明，相對(duì)轉(zhuǎn)子位置角振動(dòng)， 是衰減足夠快，不到8s(如圖3所示)。在情況#2中，當(dāng)一個(gè)傳輸線13-101被移除時(shí)，系統(tǒng)滿負(fù)荷。自適應(yīng)遞推控制其在大約8秒的時(shí)間內(nèi)抑制了轉(zhuǎn)子振蕩，而PSS用了約兩倍的時(shí)間抑制振蕩(如圖4所示)。

3.2 控制器比較

在本節(jié)，在第二種情形中比較了本文提出的控制器同之前提出的控制器[4~6]。本文提出的自適應(yīng)控制器分散了控制且只使用本地信息。更重要的是，接口采用電力系統(tǒng)的多項(xiàng)式函數(shù)模型。本文提出的控制器比[6]設(shè)計(jì)的控制器更有效地降低振動(dòng)。在控制器設(shè)計(jì)[5]中，接口轉(zhuǎn)化為外部干擾。這種控制的缺點(diǎn)是用高速率的控制彌補(bǔ)的干擾影響。在控制設(shè)計(jì)[4]中，則是假定接口變量都是可獲得的，控制器是集中的。本地和遠(yuǎn)程信號(hào)用于產(chǎn)生控制信號(hào)?？傊性O(shè)計(jì)工作都很好，但本文提出的新算法的有利之處在于,分散和追蹤接口變量更好。

圖5 三次模擬的速度偏差Δω3，Δω3的最大值(虛線)、最小值(點(diǎn)劃線)、平均值(實(shí)線)

3.3 模型誤差

對(duì)所提出的自適應(yīng)控制器的性能進(jìn)行了評(píng)估基于發(fā)電機(jī)模型誤差。對(duì)于情形2，對(duì)于每個(gè)發(fā)電機(jī)下列參數(shù)，給出了一個(gè)隨機(jī)的變化相對(duì)于正常值(在正常值±50%范圍內(nèi))。圖5顯示了快速的偏差對(duì)于3號(hào)發(fā)電機(jī)的幾次模擬。本文提出的控制器數(shù)值模擬顯示由于模型誤差而具有的魯棒性能。平均值(實(shí)線)、最大值(點(diǎn)劃線)，和最小值（虛線）如圖5所示。

4 結(jié)束語

提出了分散自適應(yīng)遞推控制方法并且通過勵(lì)磁控制來穩(wěn)定多機(jī)組電力系統(tǒng)。每個(gè)發(fā)電機(jī)被視為一個(gè)不確定的動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)。不確定性代表系統(tǒng)其余的機(jī)組對(duì)特定發(fā)電機(jī)的影響，它可以表示為電力系統(tǒng)偏差的多項(xiàng)式?？刂破髟鲆婵梢酝瑫r(shí)通過粒子群優(yōu)化技術(shù)調(diào)整。提出的控制策略可以用一個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)來說明。試驗(yàn)結(jié)果表明與傳統(tǒng)的PSS比較在大的擾動(dòng)的情況下自適應(yīng)反推控制方法改進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的有效性。計(jì)數(shù)器粒子證明傳統(tǒng)的PSS方法只能應(yīng)用于臨近區(qū)域而不能在大范圍情況下應(yīng)用。

[1] B.Fardanesh,Future trends in power system control,IEEE Comp.Appl.Power(2002)24-31.

[2] A.S.Bazanella,P.V.Kokotovi′c,A.S.e Silva,A dynamic extension of LgV controllers,in:Proceedings of the 36th Conference on Decision&Control,San Diego,CA,December 1997.