專利名稱：多套自動控制的電力設備平衡輸出的復合控制結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于多套電力設備實現平衡輸出的控制結構。
背景技術：
隨著經濟發(fā)展和技術進步，大量的自動化控制的大功率電力設備廣泛應用于電 信、能源、交通運輸、軍事裝備、材料工程、電力系統(tǒng)和電氣傳動領域，用于驅動電氣傳動機 構、作為變頻電源、調節(jié)電網電壓潮流等。隨著自動化控制的電力設備的普及，在某些場合 為了滿足大容量或者運行靈活性，在同一安裝點布置了兩套或者兩套以上的自動控制的同 種設備，這就產生了多套設備之間如何平衡輸出的現實問題，特別是如何在電力系統(tǒng)暫態(tài) 和穩(wěn)態(tài)下都保持平衡輸出并同時保持各套設備的控制系統(tǒng)的各自獨立運行。對于在同一地點安裝的多套具有獨立的自動控制系統(tǒng)的電力設備，即使運行工作 特性曲線完全相同，由于傳感器、控制器、功率元件等的誤差，它們的輸出也會產生偏差，如 果沒有特殊的額外手段加以修正，它們就不能保持在工作特性曲線的相同工作點上，即輸 出不能平衡，并且在多套設備之間可能會產生相互干擾出現振蕩。許多變量都會影響控制器的測量，但是其中只有一部分變量是可控的，其中一個 變量必須由控制器進行控制，其余變量被定義為控制回路的擾動變量。擾動是永遠存在的， 因為這些擾動將會使控制參數偏離設定點，控制器也必須對此做出反應。在傳統(tǒng)的PID反 饋控制回路中，直到這些擾動對被控變量造成的影響在測量信號中顯示出來，控制器才開 始動作，在此之前控制器根本沒意識到這些擾動也就無法對其做出相應的調節(jié)。這樣控制 器只能根據控制器中計算得到的偏差來嘗試做出正確的補償，反饋回路的振蕩反應就是這 種解決過程的明顯表現。目前，在同一地點安裝多套自動控制的電力設備之間的平衡輸出問題見于報道的 解決方法通常是采用同一個控制系統(tǒng)，通過一個控制器產生各套設備輸出單元的輸出分配 的指令，這實際上從嚴格意義上仍然只能算做是一套設備，而不是各自具備自身獨立控制 系統(tǒng)的多套設備；其應用范圍是有局限性的。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種多套自動控制的電力設備平衡輸出的復合控制結 構，通過修改控制系統(tǒng)結構，增加前饋環(huán)節(jié)抵消了干擾信號帶來的影響，使得兩套設備前 饋、反饋、參考值經過加減環(huán)節(jié)后得到的偏差變化方向相同，避免了因為兩套設備的控制回 路接收到不同相位的輸入量導致兩套設備之間輸出的振蕩。為實現上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現多套自動控制的電力設備平衡輸出的復合控制結構，由PID控制環(huán)節(jié)、輸出控制 環(huán)節(jié)、電力系統(tǒng)、測量環(huán)節(jié)、本套設備的放大環(huán)節(jié)、求和環(huán)節(jié)順序構成閉環(huán)負反饋控制結構， 其特征在于，在所述閉環(huán)負反饋控制結構中，本套設備的放大環(huán)節(jié)信號輸入求和環(huán)節(jié)時，同 時輸入另一套設備的輸出放大環(huán)節(jié)。[0009]在所述閉環(huán)負反饋控制結構中，在測量環(huán)節(jié)后增加求和環(huán)節(jié)，另一套設備的輸出 信號輸入求和環(huán)節(jié)后，與原設備的反饋量一起輸入放大環(huán)節(jié)，即共用一個放大環(huán)節(jié)。與現有技術相比，本實用新型的新穎性和創(chuàng)造性體現在通過引入其他設備的輸 出經過前饋環(huán)節(jié)進入設備的自動控制系統(tǒng)，可實現多套輸出等級均衡功率輸出。

圖1是常用的傳統(tǒng)閉環(huán)負反饋的控制框圖；圖2是增加引入非自身信號的前饋環(huán)節(jié)后的控制框圖；圖3是前饋與反饋環(huán)節(jié)采用相同放大系數后的簡化控制框圖；圖4是兩套SVC采用復合控制結構后的輸出曲線圖。從上至下曲線分別為電網 電壓，第一套SVC輸出電流，第二套SVC輸出電流。
具體實施方式
實施例1多套自動控制的電力設備平衡輸出的復合控制結構，該控制結構通過在傳統(tǒng)的閉 環(huán)負反饋結構增加一個前饋輸入環(huán)節(jié)，將傳統(tǒng)的負反饋結構修改為反饋與前饋相結合的復 合控制結構。見圖1，原控制系統(tǒng)的結構由PID控制環(huán)節(jié)、輸出控制環(huán)節(jié)、電力系統(tǒng)、測量環(huán)節(jié)、 放大環(huán)節(jié)、求和環(huán)節(jié)順序構成閉環(huán)負反饋控制結構。見圖2，本實用新型在傳統(tǒng)的圖1所示的閉環(huán)負反饋控制結構中增加了另一套設 備在該套設備中的前饋輸入環(huán)節(jié)，即本實用新型的控制結構為由PID控制環(huán)節(jié)、輸出控制 環(huán)節(jié)、電力系統(tǒng)、測量環(huán)節(jié)、本套設備的放大環(huán)節(jié)、另一套設備的前饋輸入放大環(huán)節(jié)、求和環(huán) 節(jié)順序構成閉環(huán)負反饋控制結構。假定考慮兩套自動控制的電力設備，更多套的情況可以依此類推。對于一套設備 的控制系統(tǒng)，在原閉環(huán)負反饋控制結構上將自身的反饋通道的放大系數減少到原先的k倍 (0 < k < 1)，再引入另一套設備的反饋量增加前饋環(huán)節(jié)，前饋環(huán)節(jié)放大系數設為1-k倍。該方法需要滿足的控制條件是1)各套設備需要設置成相同的自動控制結構；2)引入非自身信號的前饋環(huán)節(jié)的放大系數要根據各套設備的容量比例分配。增加的前饋環(huán)節(jié)抵消了干擾信號帶來的影響，使得兩套設備前饋、反饋、參考值經 過加減環(huán)節(jié)后得到的偏差變化方向相同，避免了因為兩套設備的控制回路接收到不同相位 的輸入量導致兩套設備之間輸出的振蕩。實施例2多套自動控制的電力設備平衡輸出的復合控制結構，該控制結構通過在傳統(tǒng)的閉 環(huán)負反饋結構(見圖1)增加一個前饋輸入環(huán)節(jié)，將傳統(tǒng)的負反饋結構修改為反饋與前饋相 結合的復合控制結構。見圖3，為了使控制系統(tǒng)結構簡單，可以取K = 0.5，使得閉環(huán)負反饋與前饋輸入的 放大系數均為0. 5倍，這樣反饋量和引入的另一套的前饋量可以共用放大環(huán)節(jié)。增加的前 饋環(huán)節(jié)抵消了干擾信號帶來的影響，使得兩套設備前饋、反饋、參考值經過加減環(huán)節(jié)后得到的偏差變化方向相同，避免了因為兩套設備的控制回路接收到不同相位的輸入量導致兩套 設備之間輸出的振蕩。該方法需要滿足的控制條件是1)各套設備需要設置成相同的自動控制結構；2)引入非自身信號的前饋環(huán)節(jié)的放大系數要根據各套設備的容量比例分配，對于 各套容量相同的設備之間可以新增的前饋環(huán)節(jié)放大系數可以進行等分處理。實例1 南方電網云廣特高壓直流輸電楚雄換流站兩套SVC，單套容量120Mvar，采 用傳統(tǒng)閉環(huán)負反饋控制時，經過多次試驗發(fā)現，兩套SVC先后啟動后，無功負荷由一套SVC 承擔轉為由兩套SVC承擔的重新分配過程中，有可能出現無功功率在兩套SVC之間重新分 配的來回振蕩過程。后修改控制結構，引入非自身輸出信號前饋環(huán)節(jié)，為了使控制結構簡單，將另一套 SVC的電流引入，與自身的電流求和平均后一同經原先控制結構中自身反饋電流的通道輸 入，即前饋環(huán)節(jié)與電流反饋環(huán)節(jié)共用同一個輸入通道。將兩套SVC的電流進行平均后作為 前饋環(huán)節(jié)的輸入量，以電壓穩(wěn)定方式作為主閉環(huán)控制，控制回路輸出的無功電壓則相對趨 于平緩。根據負載無功功率(無功電流)的大小，間接控制SVC的電壓和輸出電流。由于 兩套SVC的前饋環(huán)節(jié)輸入量相同，并且這兩套SVC的電壓閉環(huán)主控制輸入量都是500kV側 電壓采樣值。前饋環(huán)節(jié)抵消了干擾信號帶來的影響，使得兩套SVC前饋環(huán)節(jié)的輸入量變化 方向相同，避免了因為兩套控制回路接收到不同相位的輸入量導致無功功率在兩套SVC之 間的來回振蕩。見圖4，記錄了電網500kV交流母線出現持續(xù)IOOms對地電阻100 Ω的單相接地故 障時的SVC輸出，SVC的電壓控制輸入死區(qū)200V。圖中，最上方曲線為電網500kV交流母線 電壓，下方兩條曲線分別為兩套SVC的輸出無功電流。由圖4中可見，兩套SVC在遭受電壓 波動瞬間的調節(jié)過程中實現了無功輸出平衡，沒有出現兩套SVC之間的無功功率振蕩 ’然 后，在趨于最后穩(wěn)定的過程中，兩套SVC也實現了無功輸出平衡。
權利要求多套自動控制的電力設備平衡輸出的復合控制結構，由PID控制環(huán)節(jié)、輸出控制環(huán)節(jié)、電力系統(tǒng)、測量環(huán)節(jié)、本套設備的放大環(huán)節(jié)、求和環(huán)節(jié)順序構成閉環(huán)負反饋控制結構，其特征在于，在所述閉環(huán)負反饋控制結構中，本套設備的放大環(huán)節(jié)信號輸入求和環(huán)節(jié)時，同時輸入另一套設備的輸出放大環(huán)節(jié)。
2.根據權利要求1所述的多套自動控制的電力設備平衡輸出的復合控制結構，其特征 在于，在所述閉環(huán)負反饋控制結構中，在測量環(huán)節(jié)后增加求和環(huán)節(jié)，另一套設備的輸出信號 輸入求和環(huán)節(jié)后，與原設備的反饋量一起輸入放大環(huán)節(jié)，即共用一個放大環(huán)節(jié)。
專利摘要本實用新型涉及一種多套自動控制的電力設備平衡輸出的復合控制結構，由PID控制環(huán)節(jié)、輸出控制環(huán)節(jié)、電力系統(tǒng)、測量環(huán)節(jié)、本套設備的放大環(huán)節(jié)、求和環(huán)節(jié)順序構成閉環(huán)負反饋控制結構，其特征在于，在所述閉環(huán)負反饋控制結構中，本套設備的放大環(huán)節(jié)信號輸入求和環(huán)節(jié)時，同時輸入另一套設備的輸出放大環(huán)節(jié)。優(yōu)點是通過修改控制系統(tǒng)結構，增加前饋環(huán)節(jié)抵消了干擾信號帶來的影響，使得兩套設備前饋、反饋、參考值經過加減環(huán)節(jié)后得到的偏差變化方向相同，避免了因為兩套設備的控制回路接收到不同相位的輸入量導致兩套設備之間輸出的振蕩。
文檔編號G05B11/42GK201773291SQ20102027117
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權日2010年7月27日
發(fā)明者丁雅麗, 常凱, 張智, 林永, 虞蒼璧, 龍浩 申請人:榮信電力電子股份有限公司