CN110544943B - 多机时滞广域电力系统的鲁棒动态表层镇定控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多机时滞广域电力系统的鲁棒动态表层镇定控制方法,通过重新构建遭受外界未知扰动的多机时滞广域电力系统数学模型,得到多机时滞广域电力系统数学模型内各状态变量所对应状态时滞函数的鲁棒动态表层误差和边界层误差,并根据所得第三个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差,得到时滞独立汽门控制函数模型,以该时滞独立汽门控制函数模型控制多机时滞广域电力系统。该方法保留了动态表层控制方法的特点,构建时滞独立汽门控制函数的整个过程没有使用任何线性化处理,故能充分利用系统的非线性特性,针对电力系统中各系统状态的时滞采用Lyapunov‑Krasovskii函数做补偿,实现了针对电力系统内时滞的独立控制。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域,尤其涉及一种多机时滞广域电力系统的鲁棒动态表层镇定控制方法。
背景技术
在电力系统中,电力系统的远距离传输往往会引起时滞,时滞通常出现在电力系统的系统状态以及反馈环节中,这类出现时滞的电力系统也称之为时滞电力系统。电力系统远距离传输所引起的时滞会对电力系统的同步运行产生直接的影响,甚至导致系统的不稳定。如果对于出现的时滞没有采取有效的控制措施,将会使得电力系统的动态性能发生严重恶化。不仅于此,电力系统也会受到外部干扰的影响,外部干扰同样会给电力系统的动态性能产生不利影响。因此,必须对时滞电力系统的时滞做出有效控制,才能避免时滞因素对电力系统动态性能的不利影响。
然而,现在的电力系统领域主要将关注点集中在针对时滞电力系统稳定性的判别分析和稳定裕度的计算分析,而针对时滞电力系统的控制则大多集中在基于广域测量系统的广域时滞电力系统的阻尼控制方面,很少专门针对时滞电力系统中时滞因素的控制方法。也就是说,现在难以很好地解决时滞因素对电力系统动态性能的不利影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种多机时滞广域电力系统的鲁棒动态表层镇定控制方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:多机时滞广域电力系统的鲁棒动态表层镇定控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,构建具备若干台发电机的多机广域电力系统数学模型;其中,所述发电机的总数目为N,所述多机广域电力系统数学模型如下:
其中,δi为第i台发电机的转子运行角,ωi是第i台发电机的转子角速度,ωi0是第i台发电机的转子角速度的初始值;Di为第i台发电机的阻尼系数,Hi为第i台发电机所对应机组的转动惯量,为第i台发电机所对应汽轮机高压缸输出的机械功率;CMi为第i台发电机所对应机组中的低压缸功率分配系数,Pmi0为第i台发电机的机械功率的初始值,Pei为第i台发电机的电磁功率,Pmi0=Pei0,Pei0为第i台发电机的电磁功率的初始值;
THΣi为第i台发电机所对应机组的高压缸等效时间常数;CHi为第i台发电机所对应机组的高压缸功率分配系数;CMi+CHi=1;uHi为第i台发电机所对应高压油动机的控制电信号;
步骤2,在所构建的多机广域电力系统数学模型基础上,重建遭受外界未知扰动的多机时滞广域电力系统数学模型;其中,所述多机时滞广域电力系统数学模型如下:
其中,x1=δi-δi0,x2=ωi-ωi0,x3=PHi-CHiPmi0;
表示第一个非线性时变自由系统,x1表示第一个状态变量;表示第二个非线性时变自由系统,x2表示第二个状态变量;表示第三个非线性时变自由系统,x3表示第三个状态变量;xi是可测量且有界的,i=1,2,3;
t表示该多机时滞广域电力系统的时间,τ2表示第二个非线性时变自由系统所对应的时滞,k2和a0分别表示针对该多机时滞广域电力系统重新定义的常数,T表示针对该多机时滞广域电力系统重新定义的时间常数,u(t)表示针对该多机时滞广域电力系统重新定义的时滞独立汽门控制函数;
δi0为第i台发电机的转子运行角的初始值,w1(t)表示第i台发电机的转子受到外界未知扰动时的外界未知函数,w2(t)表示第i台发电机所对应汽轮机高压缸输出的机械功率受到的外界未知扰动时的外界未知函数;w1(t)∈R,R表示实数集合,|w1(t)|≤a1,a1>0;w2(t)∈R,|w2(t)|≤a2,a2>0;a1和a2表示预先设置的两个常数值;
第i个状态变量xi所对应的状态时滞函数标记为xi(t),该状态时滞函数xi(t)满足如下条件:
|xi(t)|≤|ei(t)|·ζi(ei(t)+xid(t)),i=2,3;
ei(t)为针对状态时滞函数xi(t)预定义的鲁棒动态表层误差,xid(t)为针对状态时滞函数xi(t)预定义的其一阶滤波器的输出,ζi(t)为已知的预设连续函数;
步骤3,分别构建所述多机时滞广域电力系统数学模型内各状态变量所对应状态时滞函数的鲁棒动态表层误差和边界层误差;其中,所述多机时滞广域电力系统数学模型内任一个状态变量xi所对应状态时滞函数xi(t)的鲁棒动态表层误差标记为ei(t),所述多机时滞广域电力系统数学模型内任一个状态变量xi所对应状态时滞函数xi(t)的边界层误差标记为yi+1(t):
步骤4,设定第一个时滞独立的镇定函数,并将所述多机时滞广域电力系统数学模型中的第一个非线性时变自由系统看作虚拟控制,得到该第一个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差;其中:
步骤5,在所得第一个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差基础上,将所述第一个时滞独立的镇定函数的函数值作为一阶低通滤波器的输入参数通过该一阶低通滤波器;其中:
步骤6,设定第二个时滞独立的镇定函数,将所述多机时滞广域电力系统数学模型中第二个非线性时变自由系统看作虚拟控制,得到该第二个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差;其中:
c2和γ2均为正的设计常数;
步骤7,在所得第二个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差基础上,将所述第二个时滞独立的镇定函数的函数值作为一阶低通滤波器的输入参数通过该一阶低通滤波器;其中:
τ3表示发电机的高压缸输出的机械功率的未知状态时滞参数;
步骤9,根据所得第三个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差,得到时滞独立汽门控制函数模型,并以该时滞独立汽门控制函数模型控制所述多机时滞广域电力系统;其中,所述时滞独立汽门控制函数模型如下:
u(t)表示所述的针对该多机时滞广域电力系统重新定义的时滞独立汽门控制函数,c3和γ3均为正的设计常数,ζ3(t)表示预设的连续函数。
进一步地,所述设计常数c1=20,c2=100,c3=1510;所述时间常数ξ2=ξ3=0.02,所述时滞参数τ2=τ3。
优选地,在所述多机时滞广域电力系统的鲁棒动态表层镇定控制方法中,所述数值δ10=1.5rad,δ20=1.05rad,ωi0=314.159rad/s,Pmi0=0.8p.u.,Di=5,Hi=8,THΣi=0.2,CHi=0.7,CMi=0.3。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
首先,本发明采用鲁棒动态表层控制方法与干扰抑制相结合的方法来消除时滞因素对电力系统动态性能的不利影响;该发明中的鲁棒动态表层镇定控制方法保留了动态表层控制方法的特点,即将一阶低通滤波器引入关于时滞独立汽门控制函数的设计过程,能使设计的计算量大大减少;
其次,构建时滞独立汽门控制函数的整个过程没有使用任何线性化处理,故能充分利用时滞广域电力系统内各非线性时变自由系统的非线性特性,保证了所设计的时滞独立汽门控制函数的实际应用的可能性;
最后,针对电力系统中各系统状态的时滞采用了Lyapunov-Krasovskii函数进行了补偿,实现了针对电力系统内时滞的独立控制;同时,外部干扰也通过该方法进行了抑制,有效地实现了时滞广域电力系统动态性能的鲁棒稳定性和一致有界性。
附图说明
图1为本发明实施例中多机时滞广域电力系统的鲁棒动态表层镇定控制方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示,本实施例提供一种多机时滞广域电力系统的鲁棒动态表层镇定控制方法,包括如下步骤:
步骤1,构建具备若干台发电机的多机广域电力系统数学模型;其中,该实施例中假设发电机的总数目为N,此处的多机广域电力系统数学模型如下:
其中,δi为第i台发电机的转子运行角,ωi是第i台发电机的转子角速度,ωi0是第i台发电机的转子角速度的初始值;Di为第i台发电机的阻尼系数,Hi为第i台发电机所对应机组的转动惯量,为第i台发电机所对应汽轮机高压缸输出的机械功率;CMi为第i台发电机所对应机组中的低压缸功率分配系数,Pmi0为第i台发电机的机械功率的初始值,Pei为第i台发电机的电磁功率,Pmi0=Pei0,Pei0为第i台发电机的电磁功率的初始值;
THΣi为第i台发电机所对应机组的高压缸等效时间常数;CHi为第i台发电机所对应机组的高压缸功率分配系数;CMi+CHi=1;uHi为第i台发电机所对应高压油动机的控制电信号;
具体到本实施例中,任一个第i台发电机的转子角速度的初始值ωi0=314.159rad/s,任一个第i台发电机的机械功率的初始值Pmi0=0.8p.u.,任一个第i台发电机的阻尼系数Di=5,任一个第i台发电机所对应机组的转动惯量Hi=8,任一个第i台发电机所对应机组的高压缸等效时间常数THΣi=0.2,任一个第i台发电机所对应机组的高压缸功率分配系数CHi=0.7,任一个第i台发电机所对应机组中的低压缸功率分配系数CMi=0.3;
步骤2,在所构建的上述多机广域电力系统数学模型基础上,重建遭受外界未知扰动的多机时滞广域电力系统数学模型;其中,该重建的多机时滞广域电力系统数学模型如下:
其中,x1=δi-δi0,x2=ωi-ωi0,x3=PHi-CHiPmi0;
表示第一个非线性时变自由系统,x1表示第一个状态变量;表示第二个非线性时变自由系统,x2表示第二个状态变量;表示第三个非线性时变自由系统,x3表示第三个状态变量;xi是可测量且有界的,i=1,2,3;
t表示该多机时滞广域电力系统的时间,τ2表示第二个非线性时变自由系统所对应的时滞,k2和a0分别表示针对该多机时滞广域电力系统重新定义的常数,T表示针对该多机时滞广域电力系统重新定义的时间常数,u(t)表示针对该多机时滞广域电力系统重新定义的时滞独立汽门控制函数;
δi0为第i台发电机的转子运行角的初始值,w1(t)表示第i台发电机的转子受到外界未知扰动时的外界未知函数,w2(t)表示第i台发电机所对应汽轮机高压缸输出的机械功率受到的外界未知扰动时的外界未知函数;w1(t)∈R,R表示实数集合,|w1(t)|≤a1,a1>0;w2(t)∈R,|w2(t)|≤a2,a2>0;a1和a2表示预先设置的两个常数值;例如,在本实施例中,第1台发电机的转子运行角的初始值δ10=1.5rad,第2台发电机的转子运行角的初始值δ20=1.05rad;
第i个状态变量xi所对应的状态时滞函数标记为xi(t),该状态时滞函数xi(t)满足如下条件:
|xi(t)|≤|ei(t)|·ζi(ei(t)+xid(t)),i=2,3;
步骤3,分别构建多机时滞广域电力系统数学模型内各状态变量所对应状态时滞函数的鲁棒动态表层误差和边界层误差;其中,该多机时滞广域电力系统数学模型内任一个状态变量xi所对应状态时滞函数xi(t)的鲁棒动态表层误差标记为ei(t),该多机时滞广域电力系统数学模型内任一个状态变量xi所对应状态时滞函数xi(t)的边界层误差标记为yi+1(t):
步骤4,设定第一个时滞独立的镇定函数,并将该多机时滞广域电力系统数学模型中的第一个非线性时变自由系统看作虚拟控制,得到该第一个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差;其中:
此处将第一个时滞独立的镇定函数作为一阶低通滤波器输入的处理,能消除以前传统后推方法出现的微分爆炸问题,且能降低所设计控制器的复杂度。
步骤6,设定第二个时滞独立的镇定函数,将该多机时滞广域电力系统数学模型中第二个非线性时变自由系统看作虚拟控制,得到该第二个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差;其中:
此处将第二个时滞独立的镇定函数作为一阶低通滤波器输入的处理,也同样能消除以前传统后推方法出现的微分爆炸问题,且能降低所设计控制器的复杂度。
τ3表示发电机的高压缸输出的机械功率的未知状态时滞参数;在本实施例中,时滞参数τ2=τ3;
步骤9,根据所得第三个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差,得到时滞独立汽门控制函数模型,并以该时滞独立汽门控制函数模型控制所述多机时滞广域电力系统;其中,此处的时滞独立汽门控制函数模型如下:
由上式的时滞独立汽门控制函数模型可见,对第i台汽轮发电机,所设计的时滞独立汽门控制函数只与该台机组本身的状态量有关,而与其他机组的状态量及输出量无直接关系;同时控制规律独立于输电网络参数(即只与本台机组本身参数如Hi,CHi等有关),其中不显含输电网络参数,这就使得该控制函数对网络参数及结构的改变有完全的适应能力及完全的鲁棒性。
本实施例中的鲁棒动态表层镇定控制方法采用鲁棒动态表层控制方法与干扰抑制相结合的方法来消除时滞因素对电力系统动态性能的不利影响;具体地,本发明中的鲁棒动态表层镇定控制方法保留了动态表层控制方法的特点,即将一阶低通滤波器引入设计过程,能使设计计算量大大减少;
其次,构建时滞独立汽门控制函数的整个过程没有使用任何线性化处理,故能充分利用系统的非线性特性,保证了所设计的时滞独立汽门控制函数的实际应用的可能性;
最后,针对电力系统中各系统状态的时滞采用了Lyapunov-Krasovskii函数进行了补偿,实现了针对电力系统内时滞的独立控制;同时,外部干扰也通过该方法进行了抑制,有效地实现了时滞广域电力系统动态性能的鲁棒稳定性和一致有界性。
Claims (4)
1.多机时滞广域电力系统的鲁棒动态表层镇定控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,构建具备若干台发电机的多机广域电力系统数学模型;其中,所述发电机的总数目为N,所述多机广域电力系统数学模型如下:
其中,δi为第i台发电机的转子运行角,ωi是第i台发电机的转子角速度,ωi0是第i台发电机的转子角速度的初始值;Di为第i台发电机的阻尼系数,Hi为第i台发电机所对应机组的转动惯量,为第i台发电机所对应汽轮机高压缸输出的机械功率;CMi为第i台发电机所对应机组中的低压缸功率分配系数,Pmi0为第i台发电机的机械功率的初始值,Pei为第i台发电机的电磁功率,Pmi0=Pei0,Pei0为第i台发电机的电磁功率的初始值;
THΣi为第i台发电机所对应机组的高压缸等效时间常数;CHi为第i台发电机所对应机组的高压缸功率分配系数;CMi+CHi=1;uHi为第i台发电机所对应高压油动机的控制电信号;
步骤2,在所构建的多机广域电力系统数学模型基础上,重建遭受外界未知扰动的多机时滞广域电力系统数学模型;其中,所述多机时滞广域电力系统数学模型如下:
其中,x1=δi-δi0,x2=ωi-ωi0,x3=PHi-CHiPmi0;
表示第一个非线性时变自由系统,x1表示第一个状态变量;表示第二个非线性时变自由系统,x2表示第二个状态变量;表示第三个非线性时变自由系统,x3表示第三个状态变量;xi是可测量且有界的,i=1,2,3;
t表示该多机时滞广域电力系统的时间,τ2表示第二个非线性时变自由系统所对应的时滞,k2和a0分别表示针对该多机时滞广域电力系统重新定义的常数,T表示针对该多机时滞广域电力系统重新定义的时间常数,u(t)表示针对该多机时滞广域电力系统重新定义的时滞独立汽门控制函数;
δi0为第i台发电机的转子运行角的初始值,w1(t)表示第i台发电机的转子受到外界未知扰动时的外界未知函数,w2(t)表示第i台发电机所对应汽轮机高压缸输出的机械功率受到的外界未知扰动时的外界未知函数;w1(t)∈R,R表示实数集合,|w1(t)|≤a1,a1>0;w2(t)∈R,|w2(t)|≤a2,a2>0;a1和a2表示预先设置的两个常数值;
第i个状态变量xi所对应的状态时滞函数标记为xi(t),该状态时滞函数xi(t)满足如下条件:
|xi(t)|≤|ei(t)|ζi(ei(t)+xid(t)),i=2,3;
ei(t)为针对状态时滞函数xi(t)预定义的鲁棒动态表层误差,xid(t)为针对状态时滞函数xi(t)预定义的其一阶滤波器的输出,ζi(t)为已知的预设连续函数;
步骤3,分别构建所述多机时滞广域电力系统数学模型内各状态变量所对应状态时滞函数的鲁棒动态表层误差和边界层误差;其中,所述多机时滞广域电力系统数学模型内任一个状态变量xi所对应状态时滞函数xi(t)的鲁棒动态表层误差标记为ei(t),所述多机时滞广域电力系统数学模型内任一个状态变量xi所对应状态时滞函数xi(t)的边界层误差标记为yi+1(t):
步骤4,设定第一个时滞独立的镇定函数,并将所述多机时滞广域电力系统数学模型中的第一个非线性时变自由系统看作虚拟控制,得到该第一个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差;其中:
步骤5,在所得第一个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差基础上,将所述第一个时滞独立的镇定函数的函数值作为一阶低通滤波器的输入参数通过该一阶低通滤波器;其中:
步骤6,设定第二个时滞独立的镇定函数,将所述多机时滞广域电力系统数学模型中第二个非线性时变自由系统看作虚拟控制,得到该第二个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差;其中:
c2和γ2均为正的设计常数;
步骤7,在所得第二个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差基础上,将所述第二个时滞独立的镇定函数的函数值作为一阶低通滤波器的输入参数通过该一阶低通滤波器;其中:
τ3表示发电机的高压缸输出的机械功率的未知状态时滞参数;
步骤9,根据所得第三个非线性时变自由系统的鲁棒动态表层误差,得到时滞独立汽门控制函数模型,并以该时滞独立汽门控制函数模型控制所述多机时滞广域电力系统;其中,所述时滞独立汽门控制函数模型如下:
3.根据权利要求2所述的多机时滞广域电力系统的鲁棒动态表层镇定控制方法,其特征在于,所述设计常数c1=20,c2=100,c3=1510;所述时间常数ξ2=ξ3=0.02,所述时滞参数τ2=τ3。
4.根据权利要求3所述的多机时滞广域电力系统的鲁棒动态表层镇定控制方法,其特征在于,所述数值δ10=1.5rad,δ20=1.05rad,ωi0=314.159rad/s,Pmi0=0.8p.u.,Di=5,Hi=8,THΣi=0.2,CHi=0.7,CMi=0.3。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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