[发明专利]一种基于协同控制理论的励磁系统及其稳定方法

权利要求书

1.一种基于协同控制理论的励磁系统稳定方法，所述励磁系统包括励磁功率单元和励磁控制子系统，所述励磁控制子系统包括励磁调节器和电力系统稳定器，所述励磁功率单元包括三电平整流器和励磁电压斩波器，其特征在于，所述稳定方法包括如下步骤：

励磁控制子系统通过控制同步发电机的轴电流，实现母线电压的控制，母线电压外环的输出作为轴电流给定；

励磁控制子系统通过控制同步发电机的轴电流为0，实现母线电容的均压控制，母线电容的电压差环输出作为轴电流给定；

励磁控制子系统通过控制同步发电机的轴电流作为电力系统稳定器的输出，励磁调节器的输出与电力系统稳定器的输出经过矢量合成后共同作用于励磁功率单元，以调节同步发电机的励磁电流，实现同步发电机无功功率的双向调节；

所述稳定方法还包括如下步骤：

通过同步发电机的励磁电流、机端电压和无功功率来构造宏变量，该宏变量的表达式为：

其中，、、分别为同步发电机稳定运行时的机端电压，无功功率及励磁电流参考值，、为无功功率及励磁电流的权重系数；

通过构造宏变量演化动态方程的一阶微分表达式：；

为系统自组织过程到达稳定状态快慢的参数，作为一个示例，必须满足Hurwitz条件，即，为状态变量，为状态变量的一阶微分函数，为状态变量，为控制变量，为时间，。

2.根据权利要求1所述的一种基于协同控制理论的励磁系统稳定方法，其特征在于，所述励磁控制子系统通过前级整流器控制功率因数，维持直流母线电压恒定及上下母线电容电压平衡。

3.根据权利要求1所述的一种基于协同控制理论的励磁系统稳定方法，其特征在于，所述励磁控制子系统通过改变线路的阻抗特性使同步发电机的电枢电流超前感应电势，以产生有加磁作用的直轴反应从而抬升同步发电机的机端电压。

4.根据权利要求1所述的一种基于协同控制理论的励磁系统稳定方法，其特征在于，所述励磁控制子系统通过后级斩波电路控制输出的励磁电压。

5.根据权利要求1所述的一种基于协同控制理论的励磁系统稳定方法，其特征在于，利用同步发电机的定子回路电压平衡方程、转子回路电磁暂态方程和转子运动方程获取同步发电机的机端电压、无功功率和励磁电流参考值的约束条件，具体为：

定子回路电压平衡方程为：；

转子回路电磁暂态方程为：；

转子运动方程为：；

其中，、分别为同步发电机的机端电压在、轴的分量，、分别为同步发电机的、轴暂态电势，、分别为、对时间的微分，、分别为同步发电机的、轴同步电抗；、分别为同步发电机的、轴暂态电抗；、分别为同步发电机的、轴暂态时间常数；、分别为同步发电机的定子电流、轴分量；为电力系统的输出电压,由励磁电压有功分量和励磁电压无功分量经矢量合成；为同步发电机的功角，为对时间的微分；为同步发电机的实测角频率，为对时间的微分，为同步发电机的额定角频率；为同步发电机的惯性时间常数；为阻尼系数；为电力系统原动机输入的机械转矩；为同步发电机的定子电阻；

同步发电机的机端电压、无功功率和励磁电流参考值的约束条件为：

将励磁电流的微分表述为：；

将无功功率的微分和机端电压的微分表述为： ；

其中， ，为负载的阻抗角，满足 ，。

6.根据权利要求5所述的一种基于协同控制理论的励磁系统稳定方法，其特征在于，电力系统稳定器的控制律表示为：

式中：为励磁电压无功分量与励磁电流的比例关系，为励磁电流无功分量。

7.一种基于协同控制理论的励磁系统，其特征在于，所述励磁系统包括励磁功率单元和励磁控制子系统，所述励磁控制子系统包括励磁调节器和电力系统稳定器，所述励磁功率单元包括三电平整流器和励磁电压斩波器，以使得所述励磁系统实现权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。