一種新的機床電力系統(tǒng)的分散自適應(yīng)遞推控制方法

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。因為隨著系統(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)場測量輸入系統(tǒng)。這些控制器用來產(chǎn)生阻尼振動輔助控制信號。因為這個設(shè)計基于復(fù)雜非線性系統(tǒng)的線性化模型的，時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無窮大系統(tǒng)的非線性控制器。Bazanella等人[2]設(shè)計了基于Lyapounov方法(LgV)的狀態(tài)反饋控制器提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。該控制器需要發(fā)電機的內(nèi)部電壓，但這并不能測量。更復(fù)雜而且現(xiàn)實的控制設(shè)計技術(shù)，也就是遞推控制技術(shù)基于Krstic方法被發(fā)明出來了。該方法的第一個應(yīng)用是文獻(xiàn)[3]中的SMIB系統(tǒng)，其目的是改進瞬態(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)試驗得到了控制增益，結(jié)果揭示了這項新的控制結(jié)束的有效性。

1 用于分散控制器的嚴(yán)格反饋發(fā)電機模型

為了應(yīng)用本文提出的設(shè)計技術(shù)，發(fā)電機模型(1)以一種嚴(yán)格的反饋形式計算[7]，(2)每一個及其認(rèn)為是一個獨立的動態(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態(tài)變量。發(fā)電機從系統(tǒng)中解耦是通過將其他系統(tǒng)對該系統(tǒng)的影響作為微擾考慮獲得的。因此，每一個發(fā)電機可以用以下方程描述。

在這里，耦合項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不確定的多項式函數(shù)，例如帶有估計本地信息參量：

2 自適應(yīng)反推控制系統(tǒng)設(shè)計

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)定整個系統(tǒng)。因此，x2和x3將有實際的路線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)行器包括一個激勵增益KA，一個濾波時間常數(shù)TR和飽和極限。本文所提出的自適應(yīng)遞推控制器作為勵磁機的補充信號(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方法進行了比較。在發(fā)電機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)電機被控制了。并且對下列控制策略進行了分析。

圖1 互聯(lián)基準(zhǔn)電力系統(tǒng)

圖2 具有穩(wěn)態(tài)激勵的補充控制器

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-滯后時間常數(shù)。

圖3 相對旋轉(zhuǎn)角度δ31，δ41對于情形1

圖4 相對旋轉(zhuǎn)角度δ31，δ41對于情形2

兩個自適應(yīng)遞推控制裝置，使用本文提出的方法設(shè)計，被用于發(fā)電機2和3。一個三項故障發(fā)生在3號總線。在情況#1中，仿真結(jié)果表明，相對轉(zhuǎn)子位置角振動， 是衰減足夠快，不到8s(如圖3所示)。在情況#2中，當(dāng)一個傳輸線13-101被移除時，系統(tǒng)滿負(fù)荷。自適應(yīng)遞推控制其在大約8秒的時間內(nèi)抑制了轉(zhuǎn)子振蕩，而PSS用了約兩倍的時間抑制振蕩(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)的多項式函數(shù)模型。本文提出的控制器比[6]設(shè)計的控制器更有效地降低振動。在控制器設(shè)計[5]中，接口轉(zhuǎn)化為外部干擾。這種控制的缺點是用高速率的控制彌補的干擾影響。在控制設(shè)計[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)程信號用于產(chǎn)生控制信號。總之，所有設(shè)計工作都很好，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(點劃線)、平均值(實線)

3.3 模型誤差

對所提出的自適應(yīng)控制器的性能進行了評估基于發(fā)電機模型誤差。對于情形2，對于每個發(fā)電機下列參數(shù)，給出了一個隨機的變化相對于正常值(在正常值±50%范圍內(nèi))。圖5顯示了快速的偏差對于3號發(fā)電機的幾次模擬。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(實線)、最大值(點劃線)，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磁控制來穩(wěn)定多機組電力系統(tǒng)。每個發(fā)電機被視為一個不確定的動態(tài)子系統(tǒng)。不確定性代表系統(tǒng)其余的機組對特定發(fā)電機的影響，它可以表示為電力系統(tǒng)偏差的多項式。控制器增益可以同時通過粒子群優(yōu)化技術(shù)調(diào)整。提出的控制策略可以用一個互聯(lián)系統(tǒng)來說明。試驗結(jié)果表明與傳統(tǒng)的PSS比較在大的擾動的情況下自適應(yīng)反推控制方法改進系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的有效性。計數(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.