[发明专利]一种建立线性环节能量函数的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种建立线性环节能量函数的方法及其应用，属于电工理论和发电机控制技术领域。

背景技术

在对一些复杂系统进行建模时，往往需要建立系统的能量函数，复杂系统中可能包含线性元件，这些线性元件可以看作一个线性环节，如何建立其能量函数目前并没有很好的方法，而线性环节的能量函数作为整个复杂系统能量函数的一部分，对建立系统的能量关系和模型都直接关联。例如应用广义哈密顿理论研究发电机组内部耦合问题，发电机组建模可以通过建立发电机组的哈密顿函数，也就是发电机组的能量函数。发电机组是一个复杂系统，但内部也包含有励磁调节器和电力系统稳定器这样的线性环节，需要建立这些环节的能量函数。

如何建立非线性环节的能量函数是一个重要问题，最直接的方法是从实际系统的基本特征出发，经过严格的数学推导而导出，但由于各种环节自身的复杂性，很多情况下很难从其自身的基本能量关系直接推导能量函数，找到一种简便实用的建立线性环节的能量函数的方法具有理论和工程的价值。

发明内容

本发明提供了一种建立线性环节能量函数的方法及其应用，以用于解决线性环节建立能量函数或复杂系统中线性环节的能量函数建立问题。

本发明的技术方案是：一种建立线性环节能量函数的方法，将传递函数表示的线性环节用RC电路进行等效，将该等效电路建立的能量函数作为线性环节的能量函数。

将传递函数表示的三种典型线性环节用等值的RC电路等效；其中，三种典型线性环节分别为一阶惯性环节、过滤环节、超前-滞后环节；

建立三种典型线性环节RC等效电路的能量函数，分别为：其中，H₁、H₂、H₃分别为一阶惯性环节、过滤环节、超前-滞后环节RC等效电路的能量函数，C_r、C_w、C_s分别为一阶惯性环节、过滤环节、超前-滞后环节RC等效电路的电容参数，U_out1、U_out2、U_out3分别为一阶惯性环节、过滤环节、超前-滞后环节RC等效电路的输出。

上述建立线性环节能量函数的方法用于复杂系统中对线性元件的能量函数建立。

所述复杂系统中对线性元件的能量函数建立可以为发电机控制器哈密顿能量函数的建立。

本发明的有益效果是：

1、一个复杂系统往往包含许多非线性和线性元件，在对其进行建模过程中，可能会涉及到系统的能量，例如应用哈密顿理论对一个复杂系统进行建模时，需要获取系统的哈密顿能量函数，其中的以传递函数表达的线性元件可以借鉴本发明的方法，即应用等效电路间接获取元件的能量函数，解决线性元件能量建立问题，为总体解决复杂系统的建模问题提供帮助。

2、本发明可以扩展应用到需要对线性元件进行能量建立的任何地方(如：发电机附加控制的电力系统稳定器(PSS))。

附图说明

图1为本发明一阶惯性环节及其RC等效电路；

图2为本发明常用的过滤环节传函及其RC等效电路；

图3为本发明超前-滞后环节传函及其RC等效电路；

图4为实施例1中电力系统稳定器(PSS)及其与发电机励磁系统连接图；

图5为实施例1中等效电路表示的电力系统稳定器(PSS)及其与发电机励磁系统连接图。

具体实施方式

实施例1：一种建立线性环节能量函数的方法，可以具体应用于发电机附加控制的电力系统稳定器(PSS)：

步骤一：典型电力系统稳定器(PSS)可用图4所示的结构表示，PSS包含放大环节，其放大倍数为K_s；信号过滤环节，其传递函数为相位补偿环节，其传递函数为其中T_w是信号过虑环节的时间常数(秒)，T₁、T₂是相位补偿环节的时间常数(秒)，s为微分算子。