[发明专利]一种同步发电机励磁输出反馈控制器的设计方法

说明书

本发明公开了一种同步发电机励磁输出反馈控制器的设计方法，首先建立同步发电机的三阶状态空间系统模型；接着采用变量替换的方法将三阶状态空间系统模型等效重塑为四阶状态空间系统模型；然后采用输出反馈的形式设计励磁控制器；最后采用平方和方法得到优化后的励磁控制器。本发明解决了现有励磁控制的算法复杂以及状态反馈在电力系统中难以实现的问题。

技术领域

本发明属于电力系统控制技术领域，特别涉及了一种同步发电机励磁输出反馈控制器的设计方法。

背景技术

随着时代发展，我国电力系统已经步入大电网、大机组、交直流混合远距离输电、跨区域联网的阶段，这决定了电力系统将会越来越复杂。电力系统属于复杂非线性系统，而如何有效保证电力系统稳定运行一直是研究工作者的研究重点，其中抑制低频振荡的发生是重中之重。

励磁控制系统作为电力系统的重要组成部分，它直接参与同步发电机的运行控制。励磁控制从最初的单变量纯比例控制，发展为现在的线性多变量反馈控制方式、非线性多变量控制方式及模糊控制算法等几种主要控制算法。随着电力系统越来越复杂，纯比例控制和线性多变量控制方式已经不能适应，非线性多变量控制方式及模糊控制算法成为主导，但设计较为复杂。

在现有励磁控制器的设计方法中，大多采用状态反馈。然而，电力系统中部分状态无法测量，这导致状态反馈控制器在实际应用中很难实现。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种同步发电机励磁输出反馈控制器的设计方法，解决现有励磁控制的算法复杂以及状态反馈在电力系统中难以实现的问题。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种同步发电机励磁输出反馈控制器的设计方法，包括以下步骤：

(1)基于单机无穷大系统的数学模型，建立同步发电机的三阶状态空间系统模型；

(2)设置单机无穷大系统的稳定工作点，采用变量替换的方法将步骤(1)建立的三阶状态空间系统模型等效重塑为四阶状态空间系统模型；

(3)采用输出反馈的形式设计励磁控制器；

(4)采用平方和方法得到优化后的励磁控制器。

进一步地，在步骤(1)中，同步发电机的三阶状态空间系统模型如下：

上式中，以发电机暂态电动势E′_q、相对角速度ω和转子功角δ为状态变量，y₁、y₂为输出量，P_e为发电机输出有功功率，采用标幺值；ω₀为发电机转子同步转速；V_s系统电压幅值；H为转子惯性时间常数；P_m为原动机输出功率，使用标幺值；D为阻尼系数；X_d发电机定子绕组自感抗；X'_d发电机暂态电抗；T_d0为励磁绕组时间常数；E_f为励磁绕组电压；X'_ds＝X_d+X'_d+X_dl，X_dl为单机无穷大系统输电线路电抗。

进一步地，在步骤(2)中，设单机无穷大系统的稳定工作点为(δ₀，0，E'_q0)，则有如下关系成立：

上式中，δ₀为稳态时的发电机转子运行角；E'_q0为发电机稳态电势；E_f0为励磁绕组稳态运行时电压。