發電機滑模勵磁控制器設計

喬鶴

（東北電力大學電氣工程學院，吉林吉林　132012）

發電機滑模勵磁控制器設計

喬鶴

（東北電力大學電氣工程學院，吉林吉林132012）

本文結合了自適應逆推法與L2增益干擾抑制以及Terminal滑模控制，首先將控制器的推理與設計的整個過程加以給出，然后對2區域4機系統加以仿真，并深入分析了其仿真結果，結果表明Terminal滑模勵磁控制器具備較好的性能，它不僅使得功率振蕩能夠得到快速抑制，并使得電力系統其暫態穩定性得以提高，而且使得機端電壓得以恒定。

自適應逆推法Terminal滑模控制電力系統

本文結合了自適應逆推法與L2增益干擾抑制以及Terminal滑模控制，以便使得控制效果最佳，并將它求出。新的控制方法能夠鎮定非線性系統，盡管非線性系統包含了不確定參數并且受外擾動的影響。在發電機勵磁控制器中應用此控制方法，并且將COI信號的跟蹤加以實現。

1　數學模型

在發電機其機械功率不變的前提下，采用快速勵磁，也就是說將勵磁機本身的動態加以忽略，則可以得到電力系統的狀態方程：

其中分別 iε為不確定項，包括建模不精確與外擾動部分； iT為阻尼系數，也是不確定的參數； δ為發電機的功角； w為發電機轉子的角速度； d為慣性時間變量； p為機械功率，假定是不變動的；E為勵磁電壓，即設計后的控制量。

COI信號被定義為：

圖1　兩區域四機系統示意圖

圖2　三相短路時的響應曲線

圖3　COI時滯對G1與G4功角差的影響

2　控制器設計

考慮到模型中含有不確定參數以及外擾動的三階不確定性系統，即：

其中， 1x、 2x和 3x是輸入和輸出的控制量， θ為一個有界限的不確定擾動， φ是不確定參數，對應著已知函數。在整個控制系統之中，L2增益干擾抑制，它的控制目標為尋找到一個合適的輸入量，使得在給定的正常數的條件下，能夠有：

將Terminal滑模面加入其中令

鄰域對應的半徑小于，只要選取的參數和足夠大，就可以保證該領域足夠的小。由此實現了L2增益干擾抑制控制。

3　數值仿真

在本文中主要采用兩區域四機系統，如圖1。發電機使用的模型為六階模型，負荷采用恒定功率模型。由于仿真還受控制器自身限幅的影響，因此也考慮了這方面的因素。

試驗測試時間為t=0.1s時，第7節點與第8節點間與第7節點近側出現三相接地短路，時間t=0.2s時，在線路故障被排除后，進行仿真，其結果如圖2。通過對圖1中的發電機功角波形的分析可以得出，上述的控制策略能夠讓功角更迅速的穩定，超調量也會更加小些；在電壓控制上，逆推勵磁控制下的機端電壓大多數時間會低于額定值，但上述的控制器能夠讓機端電壓快速恢復到額定值。

COI信號要利用廣域測量系統得到，通常來講，信號時滯要達到幾百毫秒。圖3表示的是G1和G4的功角差受COI信號時滯的影響（第1、2、3曲線分別對應的時滯為200ms、300ms和500ms）。通過圖3可以看出，當信號的時滯不大于300ms，系統穩定控制就不會受到時滯太大的影響，且本文的控制方法仍占有一定優勢。當信號的時滯大于500ms，功角將趨于震蕩或者發散。因此，可接受的時滯的取值范圍大約為300～500ms。

4　結語

本文將L2增益干擾抑制、自適應逆推法和Terminal滑模控制相組合，提出了基于自適應魯棒的Terminal滑模控制方法，并將其成功的應用到發電機的勵磁控制器研發中。

［1］王曉東，張俊嶺，王剛.電力系統勵磁控制器設計［J］.科技致富向導，2014（10）.

［2］蔡超豪.非線性H∞勵磁控制器的設計［J］.東北電力大學學報，2010（03）.

喬鶴（1988—），女，吉林人，碩士研究生，畢業于東北電力大學，研究方向：電氣工程及自動化。