[发明专利]基于全程滑模的单域电力系统负荷频率控制器确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统负荷频率控制器，特别涉及一种基于全程滑模的单域电力系统负荷频率控制器确定方法。

背景技术

负荷频率控制是电力系统设计和运行的重要问题之一。针对包含参数不确定的电力系统，如何设计算法简单，并且具有较好频率偏差抑制效果的鲁棒控制器，是电力系统研究者关注的焦点问题。

滑模控制对系统参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性，同时对所控对象模型精度要求较低、控制计算量小、实时性强和快速性好等优点而被广泛应用于电力系统的稳定控制中。但已有的应用研究大都是基于传统滑模变结构控制理论。而控制系统对系统参数的摄动和外界的干扰的鲁棒性只体现在滑模运动阶段，而不是存在于响应的全过程。文献—张科 周凤岐.不确定性多变量系统的全程滑态变结构控制方案设计[J].控制理论与应用，1999.16（2），221-224.，还有文献—米阳，李文林.线性多变量离散系统全程滑模变结构控制[J].控制与决策,2003.18(4),460-464中提出了全程滑模的思想。

发明内容

本发明是针对负荷扰动和系统不确定引起的电力系统频率偏差的问题，提出了一种基于全程滑模的单域电力系统负荷频率控制器确定方法，该控制器可以使系统从一开始就进入滑模状态，从而系统的整个运动过程都不受干扰的影响，改善了系统的瞬态性能，克服了在未知参数摄动的影响，提高了系统的鲁棒稳定性，实现电力系统全程滑模负荷频率控制，具有更好的偏差抑制效果。

本发明的技术方案为：一种基于全程滑模的单域电力系统负荷频率控制器确定方法，具体包括如下步骤：

1）建立电力系统状态方程表达式                                                ，其中是状态向量，是控制输入，为电力系统负荷扰动变量， ， ，是常数矩阵；

2）设计切换函数使系统的轨线一开始便落在滑模面上：设计滑模面

，x(t)为状态向量，是状态向量的初始值， 为切换函数增益矩阵；

3）设计基于等速趋近律设计滑模控制器:

控制输入 其中是控制增益。

所述步骤2）中切换函数增益矩阵，设,

。所述步骤3）中

，  ，， ，是初始状态，是常数，G是切换函数增益矩阵，和分别是的最小值和最大值。

本发明的有益效果在于：本发明基于全程滑模的单域电力系统负荷频率控制器确定方法，将全程滑模控制应用到电力系统的负荷频率控制器的设计中，通过构造切换函数，使电力系统的运动轨线一开始便落在滑模面上。缩短了系统状态到达滑模面的时间，系统运动没有趋近模态只有滑动模态，系统从初始状态到平衡点的全过程都具有鲁棒性，从而系统的整个运动过程都不受干扰的影响，改善了电力系统的瞬态性能，克服了在未知参数摄动的影响，提高了系统的鲁棒稳定性，实现电力系统全程滑模负荷频率控制。

附图说明

图1为本发明电力系统动态数学模型图；

图2为本发明频率偏差响应曲线图；

图3为本发明发电机功率响应曲线图；

图4为本发明全程滑模面图；

图5为本发明控制量图。

具体实施方式

下面从模型建立、设计原理、设计方法、有效性验证等几个方面对阐述本发明的技术方案。

(1)考虑电力系统负荷频率控制模型

电力系统是复杂的非线性动态系统。由于电力系统在正常运行时负荷变化很小，所以使用线性化的模型来表示运行点附近的系统动态是足够的。线性化的电力系统动态模型方框如图1所示。

系统的状态方程模型为：

 

 

式中：—增量频率偏移；—发电机输出功率的增量变化； —调速器阀门位置增量变化； —负荷干扰； —调速器时间常数； —汽轮机时间常数； —电力系统模型时间常数； —电力系统增益； —调速器速度调节。

为了加强频率偏差的调节作用，令

 

式中：—积分控制增量变化； 

 —积分控制增益；

该电力系统向量动态模型可写为：

 

其中 是状态向量，是控制输入， ，， 是常数矩阵， 为电力系统负荷扰动变量，。

 

 ， ， 。

( 2) 本发明的基于全程滑模负荷频率控制器的设计原理