一種建立發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器能量函數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種建立發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器能量函數(shù)的方法，屬于發(fā)電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于電力系統(tǒng)的非線性特性，發(fā)電機(jī)經(jīng)輸電線路與系統(tǒng)相連，加上采用高放大倍 數(shù)的快速勵(lì)磁系統(tǒng)，弱阻尼問(wèn)題引發(fā)發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)失穩(wěn)，表現(xiàn)為低頻振蕩。解決的主要方法 是采用勵(lì)磁控制系統(tǒng)的附加控制PSS。PSS易于實(shí)現(xiàn)，得到廣泛的應(yīng)用。但對(duì)PSS參數(shù)的優(yōu) 化問(wèn)題一直以來(lái)都是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。
[0003] 廣義哈密頓理論是解決非線性問(wèn)題的一種途徑，廣義哈密頓系統(tǒng)與傳統(tǒng)微分方程 相比最顯著的一個(gè)特性是哈密頓結(jié)構(gòu)和阻尼矩陣提供了系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)關(guān)聯(lián)信息，利用發(fā)電 機(jī)哈密頓模型給出的結(jié)構(gòu)特征，可以分析參數(shù)的關(guān)聯(lián)特性，利用阻尼矩陣可以分析系統(tǒng)的 穩(wěn)定特性，這些思路無(wú)疑給研究PSS參數(shù)與系統(tǒng)其它參數(shù)內(nèi)部關(guān)聯(lián)機(jī)制，進(jìn)而有效抑制低 頻振蕩提供了新的途徑。
[0004] 廣義哈密頓理論在發(fā)電機(jī)組及電力系統(tǒng)中有許多應(yīng)用，包含單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)哈密 頓模型、電站內(nèi)多機(jī)系統(tǒng)的哈密頓模型，技術(shù)方法有基于機(jī)組哈密頓模型結(jié)合其他控制理 論改善發(fā)電機(jī)組控制性能，利用哈密頓能量函數(shù)的基于能量整形的各種應(yīng)用等。
[0005] 本發(fā)明是基于發(fā)電機(jī)哈密頓模型的基礎(chǔ)上，用供給率方法建立包含自動(dòng)電壓調(diào)節(jié) 器AVR和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的勵(lì)磁控制器的哈密頓能量函數(shù)，為進(jìn)一步揭示AVR和PSS 參數(shù)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種建立發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器能量函數(shù)的方法，以用于建立包含PSS 的勵(lì)磁系統(tǒng)的能量函數(shù)，也即建立AVR、PSS的能量函數(shù)，這樣便于將整個(gè)控制器寫入發(fā)電 機(jī)哈密頓模型中，構(gòu)成包含控制器和發(fā)電機(jī)的完整的哈密頓函數(shù)，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)獲得整個(gè)發(fā)電 機(jī)的廣義哈密頓模型。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種建立發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器能量函數(shù)的方法，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁 控制器包括勵(lì)磁自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS ;
[0008] 首先用供給率方法建立包含勵(lì)磁自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的發(fā) 電機(jī)勵(lì)磁控制器的哈密頓能量函數(shù)，供給率采用各個(gè)環(huán)節(jié)的輸入和輸出變量描述，獲得控 制器的能量函數(shù)以后，再將控制器的能量函數(shù)加入到發(fā)電機(jī)哈密頓能量函數(shù)中，得到包含 整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)能量函數(shù)。
[0009] 所述建立發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器能量函數(shù)的方法的具體步驟如下：
[0010] Stepl、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS支路的能量用供給率表示為W1Vjv2V s;勵(lì)磁自動(dòng)電 壓調(diào)節(jié)器AVR支路分為兩部分，包括AVR測(cè)量單元和AVR放大單元；測(cè)量單元用供給率表示 的能量函數(shù)為：u tv1;AVR放大單元看作三輸入與單輸出環(huán)節(jié)，采用給率來(lái)表示的能量函數(shù) 為：
[0011] Ki-Ilt +Ky：-K4v{;
[0012] 其中，ut為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，v#勵(lì)磁自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR輸出，Ka是放大系數(shù)， ? i為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的輸入，V s為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的輸出，V 2為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 PSS的信號(hào)濾過(guò)環(huán)節(jié)的輸出，Vraf為勵(lì)磁自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR的整定值；
[0013] St印2、PSS、AVR 支路的總能量函數(shù)為：#,? + V2Vs +",V1 +尤4〇4 +rs2 -rj2);
[0014] Step3、發(fā)電機(jī)哈密頓能量函數(shù)為：
[0017]其中：ut是發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，XadS d軸電樞反應(yīng)電抗，Xd、X/、Xq分別是d軸電 抗、d軸暫態(tài)電抗，q軸電抗；Eq'為q軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)，X f為勵(lì)磁繞組電抗，5是功角（rad)， ~=7>彡_=7)%丨，Tj是機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)（s)，《 B是機(jī)組角速度基值，《 - 1，《 是機(jī)組角速度（p. u.);
[0018] St印4、將AVR和PSS的能量函數(shù)加入到發(fā)電機(jī)哈密頓函數(shù)中，構(gòu)成包含整個(gè)勵(lì)磁 系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)能量函數(shù)：
[0020] 參數(shù)說(shuō)明：如圖1，勵(lì)磁自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR)采用PI調(diào)節(jié)器，AVR的輸入為發(fā)電 機(jī)機(jī)端電壓u t，輸出為Vl，Ka是放大系數(shù)；PSS單元包含增益環(huán)節(jié)、信號(hào)過(guò)濾環(huán)節(jié)和相位補(bǔ)償 環(huán)節(jié)，K s是增益系數(shù)，T w是信號(hào)過(guò)慮環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)（s)，T p T2是相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù) (s)，pss輸入為O1，其中O1= ? - 1，《是機(jī)組角速度（p.u.)，輸出為Vs，V2Spss的 信號(hào)濾過(guò)環(huán)節(jié)的輸出?？煽毓鑴?lì)磁單元簡(jiǎn)化為線性環(huán)節(jié)。
[0021] 其中步驟Step3中，發(fā)電機(jī)哈密頓能量函數(shù)為發(fā)電機(jī)哈密頓模型中選擇的已有的 三階模型相對(duì)應(yīng)的哈密頓函數(shù)，其中發(fā)電機(jī)哈密頓模型中選擇的已有的三階模型為：
[0023] 其中：5是功角（rad)，pul= T」《 B? i，Tj是機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)（s)，《 8是機(jī)組角 速度基值，O1= ? - 1，《是機(jī)組角速度（P.u.)，D為發(fā)電機(jī)等效阻尼系數(shù)，rf是勵(lì)磁繞 組電阻（pu)，mt為機(jī)械力矩，u f是勵(lì)磁電壓（p. u.)，時(shí)間變量取標(biāo)么時(shí)間，各參數(shù)均為標(biāo)么 值（p. u.) 〇
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：
[0025] 在發(fā)電機(jī)的廣義哈密頓系統(tǒng)中，控制器（勵(lì)磁自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR和電力系統(tǒng)穩(wěn) 定器PSS)的能量函數(shù)還沒(méi)有很好的建模方法，這就抑制了利用哈密頓系統(tǒng)針對(duì)控制器調(diào) 節(jié)的發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)的穩(wěn)定控制研究。本發(fā)明利用供給率的方法，解決了控制器的能量函數(shù) 的建模問(wèn)題，可以方便地將控制器寫入發(fā)電機(jī)哈密頓能量函數(shù)中，且通過(guò)仿真結(jié)果驗(yàn)證了 這種建模方法的正確性。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明含AVR和PSS的可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)；
[0027] 圖2是本發(fā)明取參數(shù)1^= I. 0(p. u. )，〇丨=0. 05(p. u.)，用供給率建立控制器能 量函數(shù)的哈密頓模型仿真結(jié)果；
[0028] 圖3是本發(fā)明取參數(shù)Ut= I (p. u. )，〇丨=0. 05 (p. u.)，用傳遞函數(shù)表示控制器的 哈密頓模型仿真結(jié)果；
[0029] 圖4是本發(fā)明取參數(shù)Co1=O^t= 1.05(p.u.)，用供給率建立控制器能量函數(shù)的 哈密頓模型仿真結(jié)果；
[0030] 圖5是本發(fā)明取參數(shù)O1= 0, u t= 1. 05 (p. u.)，用傳遞函數(shù)表示控制器的哈密頓 模型仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 實(shí)施例1 :如圖1-5所示，一種建立發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器能量函數(shù)的方法，首先用供 給率方法建立包含勵(lì)磁自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器的 哈密頓能量函數(shù)，供給率采用各個(gè)環(huán)節(jié)的