一种非线性电力系统的自适应汽门控制方法   0    0

本发明公开了一种非线性电力系统的自适应汽门控制方法，本发明针对一类带有主汽门控制器的单机无穷大系统，在考虑系统部分信息未知且输出传感器存在扰动情况，基于事件触发机制设计一种自适应控制器，该控制器通过调节汽门开度大小，控制发电机功角按照预期要求动作，实现功角的实际跟踪控制。本专利不仅考虑了发电机转子受到的干扰，而且考虑了发电机功角受到的随发电机角速度变化的干扰，这两种干扰的上下界都是未知的；本发明考虑的电力系统干扰更复杂，因此本专利设计的控制系统具有更强的鲁棒性；本发明在控制器中引入事件触发机制，可以有效避免电力系统控制网络中冗余信号的传输，避免因网络带宽不足降低系统稳定性。

1.一种非线性电力系统的自适应汽门控制方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤1、根据带有主汽门控制器的单机无穷大系统建立电力系统的物理模型；
首先，假设只考虑高压主汽门调节控制，建立电力系统的物理模型：
其中δ代表发电机功角，ω代表发电机转子角速度，Pm0代表汽轮机初始机械功率，PH代表高压缸机械功率，TH代表高压缸等效汽门控制时间常数，D和H分别代表发电机阻尼系数和转动惯量，CH和CML分别代表高、低压缸功率分配系数；Eq代表发电机q轴暂态电势，Vs代表系统母线电压，u代表汽门等效控制量；d1(t)代表发电机气隙不均匀对发电机功角产生的扰动，d1(t)正定有界但上下界未知，d2(t)代表发电机转子受到的扰动，d2(t)有界但上下界未知，ω0为发电机转子初始运行角速度，Xd表示发电机暂态电抗；在上述系统中，只需要功角δ是可测的，通过主汽门控制量u控制系统功角δ到达期望领域(yr‑λ,yr+λ)里，yr代表功角跟踪的位置函数，λ代表功角最大允许跟踪误差；
定义x1＝δ，x2＝ω‑ω0，x3＝PH‑CHPm0，公式(1)转化为如下模型：
其中 k4＝k1Pm0、 皆是未知常数；
yr是功角预期到达的位置，yr是时变的，e是功角跟踪误差；
通过引入一组状态变换： 公式(2)表示成：
其中 g(t)＝d1(t)
k1k5；
步骤2、根据系统电力系统的物理模型设计控制器；具体如下：
由于发电机功角是可测的，所以公式(3)中只有功角跟踪误差e是已知的；下面将只利用系统输入信息来设计观测器重构系统状态，同时构造合适的自适应增益L，用于补偿系统不确定性带来的影响；
式中， 是状态重构器的状态值，L是自适应增益，q是可设计的常数且满足
λ是可设计的常数，表示最大允许功角调节误差，ai＞0,i＝1,2,3是赫尔维兹多
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项式p(s)＝s+a1s+a2s+a3的系数；
下面给出控制器具体结构：
其中n是可设计的常数，代表控制器触发阈值；
v(t)的定义如下：
步骤3、选择控制器具体参数；
对于公式(2)，假设发电机某个稳定工作点功角为δs，发电机转子角速度为ωs，汽轮机功率为Pms，控制目标是当发电机功角偏离稳态点且其它状态稳定时，控制发电机功角到达稳态点附近，误差不大于λ，并使其它状态保持稳定；选择一组赫尔维兹多项式系数a1，a2，a3，在区间 内选择一个常数q，根据控制网络带宽要求选择常数n，即确定控制器参数a1，a2，a3，q，λ，n；令功角参照信号yr≡δs，实现发电机的功角稳定控制。

2.根据权利要求1所述的一种非线性电力系统的自适应汽门控制方法，其特征在于：还包括控制效果的分析；具体为：
首先引入如下状态变换：
并构造一组虚拟控制器 和∈i,i＝1,2,3如下：
其中k1＝1，k2＝3k1+1，k3＝3(k1+k2)+1；
T
构造李雅普诺夫函数 其中ε＝[ε1,ε2,ε3] ；对其求导得：
其中bi,i＝1,...,6是未知正常数；
由式(9)推出L、和z是有界的；由z的定义推出e，x2和x3是有界的，说明发电机功角yr被调节至跟踪信号附近，频率ω和功率Pm保持在初始工作点附近；由(4)中L的定义推出且L(t)是一致连续的；因此，由 引理得：
由式(4)进一步得到：
式(11)说明了在一段时间后功角调节误差e会永远保持在区间[‑λ,λ]内，即系统稳定。