專利名稱：一種磁控式并聯(lián)電抗器的梯形變權(quán)回歸控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)態(tài)控制器設(shè)計(jì)方法，可應(yīng)用于非線性元件的動(dòng)態(tài)控制，特別是磁控式并聯(lián)電抗器的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制。
背景技術(shù)：
超/特高壓交流輸電線路的容性充電功率巨大、潮流變化劇烈以及有限的絕緣裕度給系統(tǒng)的無(wú)功調(diào)節(jié)、過(guò)電壓抑制造成了巨大的挑戰(zhàn)，在線路突然發(fā)生甩負(fù)荷或開斷時(shí)，接在變壓器中低壓繞組側(cè)的傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置被同時(shí)切除，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。高壓磁控式并聯(lián)電抗器(magnetically controlled shunt reactor, MCSR)能夠簡(jiǎn)化超/特高壓電網(wǎng)中的系統(tǒng)無(wú)功電壓控制、抑制工頻過(guò)電壓、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償線路充電功率等，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。磁控并聯(lián)電抗器具有容量可大范圍連續(xù)調(diào)節(jié)(從空載到滿載的調(diào)節(jié)率均可達(dá)到 90%以上)、高次諧波和有功損耗較小、可靠性高、應(yīng)用較少的電力電子器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、綜合成本低的顯著特點(diǎn)，技術(shù)比較成熟，國(guó)內(nèi)目前研究和工程應(yīng)用的主要類型。磁控并聯(lián)電抗器的控制調(diào)節(jié)和系統(tǒng)電壓穩(wěn)定之間存在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)相關(guān)性當(dāng)系統(tǒng)連鎖故障、負(fù)荷或發(fā)電機(jī)出力改變等引發(fā)的劇烈動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)，磁控并聯(lián)電抗器控制系統(tǒng)應(yīng)有足夠高的跟蹤精度，確保調(diào)控的準(zhǔn)確性，避免引發(fā)其他復(fù)雜的連鎖問(wèn)題。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)候，磁控并聯(lián)電抗器控制系統(tǒng)應(yīng)該有足夠的魯棒性，避免和減少因擾動(dòng)而頻繁調(diào)控。 但是電力系統(tǒng)是快速實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化的，人工調(diào)控或者用固定權(quán)重的控制無(wú)法滿足實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的速度和精度要求。本發(fā)明對(duì)磁控并聯(lián)電抗器的非線性結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了推理分析；根據(jù)動(dòng)態(tài)參數(shù)跟蹤的理論，針對(duì)外在電力系統(tǒng)與磁控并聯(lián)電抗器的相關(guān)性，采用趨勢(shì)外推法，對(duì)磁控并聯(lián)電抗器的非線性元件部分和外在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響建立時(shí)變參數(shù)對(duì)數(shù)回歸方程的加權(quán)外延模型； 基于系統(tǒng)辨識(shí)理論，提出一種磁控并聯(lián)電抗器的梯形變權(quán)回歸控制方法，在系統(tǒng)連鎖故障、 電壓劇烈波動(dòng)的復(fù)雜情況下，根據(jù)反饋精度動(dòng)態(tài)變權(quán)重的控制策略，跟蹤外系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化來(lái)自適應(yīng)的改變滾動(dòng)時(shí)域窗內(nèi)參量的權(quán)重，以正確反映它們?cè)谙到y(tǒng)辨識(shí)中的重要性， 合理整定系統(tǒng)跟蹤靈敏度和魯棒性，實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定調(diào)控的全時(shí)域最優(yōu)化。該方法無(wú)需迭代，能節(jié)省計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存、增強(qiáng)控制靈活性。已在電力系統(tǒng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置(Advanced Digital Power System Simulator-ADPSS)中編程實(shí)現(xiàn)了控制模塊的工程化應(yīng)用，以磁控并聯(lián)電抗器實(shí)際運(yùn)行參數(shù)搭建連鎖故障的算例，驗(yàn)證了控制方法的有效性。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種磁控并聯(lián)電抗器的梯形變權(quán)回歸控制計(jì)算方法，在系統(tǒng)連鎖故障、電壓劇烈波動(dòng)的復(fù)雜情況下，能夠迅速均衡的改變滾動(dòng)時(shí)域窗的全部參量權(quán)重，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)跟蹤靈敏度和控制魯棒性。本發(fā)明跟據(jù)動(dòng)態(tài)參數(shù)跟蹤的理論，針對(duì)外接電力系統(tǒng)與磁控并聯(lián)電抗器的相關(guān)性，采用趨勢(shì)外推法，對(duì)磁控并聯(lián)電抗器的非線性元件部分和外在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響建立時(shí)變參數(shù)對(duì)數(shù)回歸方程的加權(quán)外延模型；提出跟蹤反饋精度動(dòng)態(tài)變權(quán)重的控制策略，以正確反映它們?cè)谙到y(tǒng)辨識(shí)中的重要性，實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定調(diào)控的全時(shí)域最優(yōu)化。該方法無(wú)需迭代，能節(jié)省計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存、增強(qiáng)控制靈活性。已在電力系統(tǒng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置(Advanced Digital Power System Simulator,ADPSS)中編程實(shí)現(xiàn)了控制模塊的工程化應(yīng)用。1、依據(jù)本發(fā)明的梯形變權(quán)計(jì)算方法(公式10-23)，并以此為磁控式并聯(lián)電抗器的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，以解析解形式直接求出控制需要的勵(lì)磁電流，能夠根據(jù)外系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化來(lái)自適應(yīng)的改變滾動(dòng)時(shí)域窗內(nèi)跟蹤參量的權(quán)重，以正確反映它們?cè)谙到y(tǒng)辨識(shí)中的重要性，合理整定系統(tǒng)跟蹤精度和魯棒性，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)控的全時(shí)域最優(yōu)化。以此為核心思想并類比變通，稍加修改的磁控式并聯(lián)電抗器或其他非線性元件的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真建模都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。2、磁控并聯(lián)電抗器控制系統(tǒng)，用趨勢(shì)外推法對(duì)接入點(diǎn)電壓和勵(lì)磁電流建立非線性時(shí)變參數(shù)對(duì)數(shù)回歸方程的外延模型(公式1-2)，進(jìn)行公式推導(dǎo)(公式3)，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)辨識(shí)來(lái)實(shí)時(shí)跟蹤修正動(dòng)態(tài)參數(shù)逼近復(fù)雜電力系統(tǒng)的工作情況(公式4-9)。當(dāng)全網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)點(diǎn)改變時(shí)，可以較快改變參數(shù)來(lái)模擬當(dāng)前的狀態(tài)點(diǎn)，具有靈活快速的特性。以其他回歸函數(shù)(如冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等，或其組合)描述高壓磁控式并聯(lián)電抗器的非線性磁路飽和特性，用類似方法以解析形式來(lái)描述控制系統(tǒng)的思路和方法，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。3、變權(quán)控制策略(公式M-28)，當(dāng)被觀測(cè)系統(tǒng)處于暫態(tài)過(guò)程，系統(tǒng)將動(dòng)態(tài)改變滾動(dòng)時(shí)域窗內(nèi)的參量權(quán)重，體現(xiàn)預(yù)測(cè)中的“近大遠(yuǎn)小”原則，增大近期數(shù)據(jù)權(quán)重，減少遠(yuǎn)期數(shù)據(jù)權(quán)重，提高系統(tǒng)靈敏度，能夠快速跟蹤觀測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化，增大調(diào)控精度。以此為設(shè)計(jì)思路的控制器設(shè)計(jì)都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。4、對(duì)本發(fā)明權(quán)力主張1-3所述的方法進(jìn)行類比更換，然后重新組合、進(jìn)行簡(jiǎn)化或稍提高精度的建模方法及控制器算法設(shè)計(jì)也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。5、應(yīng)用本發(fā)明的方法或者稍加修改，對(duì)其他非線性磁路飽和元件如(勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、非線性電抗等，以及可控電抗器的其他種類)進(jìn)行類似的電磁暫態(tài)建模方法及控制器算法也在本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。6、應(yīng)用本發(fā)明的方法或者類似推導(dǎo)的方法建立的電磁暫態(tài)模型可以應(yīng)用于實(shí)時(shí)、 非實(shí)時(shí)、電磁、機(jī)電暫態(tài)的仿真建模和計(jì)算中，以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提出的是一種磁控式并聯(lián)電抗器的梯形變權(quán)回歸控制計(jì)算方法，在系統(tǒng)連鎖故障、電壓劇烈波動(dòng)的復(fù)雜情況下，能夠迅速均衡的改變滾動(dòng)時(shí)域窗的全部參量權(quán)重，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)跟蹤靈敏度和控制魯棒性。本發(fā)明采用趨勢(shì)外推法，對(duì)磁控式并聯(lián)電抗器的非線性元件部分和外在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響建立時(shí)變參數(shù)對(duì)數(shù)回歸方程的加權(quán)外延模型；提出跟蹤反饋精度動(dòng)態(tài)變權(quán)重的控制策略，跟蹤外系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化來(lái)自適應(yīng)的改變滾動(dòng)時(shí)域窗內(nèi)參量的權(quán)重，以正確反映它們?cè)谙到y(tǒng)辨識(shí)中的重要性，合理整定系統(tǒng)跟蹤靈敏度和魯棒性，實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定調(diào)控的全時(shí)域最優(yōu)化。磁控式并聯(lián)電抗器控制器能夠根據(jù)電壓越限來(lái)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使過(guò)電壓峰值大幅降低，減少絕緣元件的耐壓裕度；并且能夠迅速調(diào)整電壓平滑下降，使電壓回歸故障前的正常電壓值，既沒(méi)有過(guò)調(diào)節(jié)，也沒(méi)有調(diào)節(jié)不足。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較為劇烈的動(dòng)態(tài)過(guò)程，此時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)改變調(diào)整權(quán)重，迅速增大跟蹤精度，減少跟蹤誤差，使系統(tǒng)較快的回到平穩(wěn)調(diào)節(jié)過(guò)程中。該計(jì)算方法無(wú)需迭代，能節(jié)省計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存、增強(qiáng)控制靈活性。已在電力系統(tǒng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置(Advanced Digital Power System Simulator,ADPSS)中編程實(shí)現(xiàn)了控制模塊的工程化應(yīng)用，驗(yàn)證了控制方法的有效性。本發(fā)明也為非線性元件控制器的設(shè)計(jì)開啟了新思路。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是梯形變權(quán)示意圖
具體實(shí)施例方式電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜時(shí)變的非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行的工作點(diǎn)在不斷地變化，難以預(yù)先構(gòu)造固定參數(shù)的非線性反饋控制律來(lái)實(shí)時(shí)保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，故應(yīng)采用某些自適應(yīng)方法來(lái)估計(jì)未知的參數(shù)并加以修正。本發(fā)明磁控并聯(lián)電抗器控制系統(tǒng)采用趨勢(shì)外推法對(duì) U、Id建立非線性時(shí)變參數(shù)對(duì)數(shù)回歸方程的外延模型，根據(jù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)辨識(shí)的設(shè)計(jì)思想，來(lái)實(shí)時(shí)跟蹤逼近復(fù)雜電力系統(tǒng)的工作情況。當(dāng)全網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)點(diǎn)改變時(shí)，可以較快改變參數(shù)來(lái)模擬當(dāng)前的狀態(tài)點(diǎn)，具有靈活快速的特性。磁控并聯(lián)電抗器的端點(diǎn)電壓U與磁控并聯(lián)電抗器勵(lì)磁電流Id的動(dòng)態(tài)非線性時(shí)變參數(shù)回歸函數(shù)為
權(quán)利要求
1. 一種磁控式并聯(lián)電抗器的梯形變權(quán)回歸控制方法，其特征在于包括以下步驟 (1)針對(duì)外接電力系統(tǒng)與磁控并聯(lián)電抗器的相關(guān)性，采用趨勢(shì)外推法，對(duì)磁控并聯(lián)電抗器的非線性元件部分和外在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響建立時(shí)變參數(shù)對(duì)數(shù)回歸方程的加權(quán)外延模型磁控并聯(lián)電抗器的端點(diǎn)電壓U與磁控并聯(lián)電抗器勵(lì)磁電流Id的動(dòng)態(tài)非線性時(shí)變參數(shù)回歸函數(shù)為Id(t) = α α) + β (t) · lg[U(t)]+l(1)式中ξ為觀測(cè)噪聲，一般假定為零均值，正態(tài)分布白噪聲；已知U、Id的N組觀測(cè)數(shù)據(jù)U(i)，I“i)，其中i = t-TL+1，t為當(dāng)前時(shí)刻，TL為動(dòng)態(tài)辨識(shí)數(shù)據(jù)組寬度，令V(i) = lg[U(i)](2)則其回歸方程變?yōu)?br> 全文摘要
本發(fā)明提出了一種磁控式并聯(lián)電抗器的梯形變權(quán)回歸控制方法，在系統(tǒng)連鎖故障、電壓劇烈波動(dòng)的復(fù)雜情況下，能夠迅速均衡的改變滾動(dòng)時(shí)域窗的全部參量權(quán)重，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)跟蹤靈敏度和控制魯棒性。本發(fā)明采用趨勢(shì)外推法，對(duì)磁控式并聯(lián)電抗器的非線性元件部分和外在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響建立時(shí)變參數(shù)對(duì)數(shù)回歸方程的加權(quán)外延模型；提出跟蹤反饋精度動(dòng)態(tài)變權(quán)重的控制策略，跟蹤外系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化來(lái)自適應(yīng)的改變滾動(dòng)時(shí)域窗內(nèi)參量的權(quán)重，以正確反映它們?cè)谙到y(tǒng)辨識(shí)中的重要性，合理整定系統(tǒng)跟蹤靈敏度和魯棒性，實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定調(diào)控的全時(shí)域最優(yōu)化。
文檔編號(hào)H02P13/00GK102158164SQ20111004946
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者鄭偉杰 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院