[发明专利]一种基于非光滑控制理论的励磁系统调节器计算方法

说明书

本发明公开一种基于非光滑控制理论的励磁系统调节器计算方法，该方法以同步发电机功率角作为“平坦输出”，基于非光滑控制理论，给出同步发电机自动电压调节器的参数化形式，提高了同步发电机电压调节计算效率；利用和声搜索优化算法，优化自动电压调节器的参数，提高了同步发电机自动电压调节器设计的自动化程度，避免了采用传统PID控制方法设计自动电压调节器时需要反复手动调整PID参数、效率低下的问题。

技术领域：

本发明涉及基于非光滑控制理论的励磁系统调节器计算方法。

背景技术：

励磁系统是电力系统中同步发电机的重要组成部分，是给发电机提供转子直流励磁电流的一种自动装置。自动电压调节器，也称为自动励磁调节器，是励磁系统的控制器，也是励磁系统的核心关键部分，通过调节励磁功率装置中的励磁电流保证发电机输出电压的平稳性。

自动电压调节器通过反馈同步发电机的运行状态信号，采用电压调节器环节，驱动功率放大元件，改变作用在发电机上的感应电动势，从而改变发电机的机端电压，如图1所示。目前，广泛采用的自动电压调节器是通过反馈发电机机端电压，采用比例积分微分(PID)控制方法进行设计的。此方法设计的自动电压调节器在实际应用时需要根据同步发电机的模型参数，通过反复手动调试，最终确定PID控制参数，这一设计过程繁琐且效率低下，得到的PID控制参数往往只能保证同步发电机机端电压调节满足性能要求，并不能够实现机端电压调节性能最优的目标。因此，发明一种能够实现机端电压调节性能最优化，并且设计过程可以采用算法实现自动化的计算方法迫在眉睫。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于非光滑控制理论的励磁系统调节器计算方法，提高同步发电机机端电压自动调节器的性能，基于非光滑控制理论，设计调节器参数形式；通过软件算法实现自动电压调节器参数的自动寻优，避免手动调试自动电压调节器参数的繁琐工作。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于非光滑控制理论的励磁系统调节器计算方法，该方法包括如下步骤：

1)在计算机中编写程序，建立同步发电机系统模型为

P_a(δ,E'_q)＝P_e(δ,E'_q)-P_m (1-d)

E_f＝k_cu (1-g)

其中，δ是发电机的功率角，D是阻尼系数，ω是发电机角速度，ω_s是同步电动机角速度，v＝ω-ω_s是发电机的相对速度，P_m是机械输入功率，P_e是发电机产生的电功率，P_a＝P_e-P_m是加速功率，H是单位惯性系数，E'_q是瞬时感应电动势，E_q是感应电动势，E_f是励磁绕组等效感应电动势，T_d'_o是瞬时开环电路时间常数，V_s是电网的电压，k_c是励磁放大器的增益，u是发电机励磁放大器的输入，x_T是变压器的阻抗，x_d是d轴的阻抗，x'_d是d轴的瞬时阻抗，x_L是传输线的阻抗；

2)选取δ作为同步发电机系统模型(1-a)～(1-g)的“平坦输出变量”F，所谓某个系统的“平坦输出变量”是指该系统的状态变量和控制输入可以表达为“平坦输出变量”及其各阶导数的非线性函数；将同步发电机系统模型的状态变量和控制输入表示为