[发明专利]一种配备SVC的多机电力系统分布式数字控制器有效

专利信息
申请号: 202010372596.3 申请日: 2020-05-06
公开(公告)号: CN111769544B 公开(公告)日: 2022-09-06
发明(设计)人: 祝国强;王梦昀;张秀宇;王建国;王松寒;孙灵芳;穆勇;张欢 申请(专利权)人: 东北电力大学;吉林省电力科学研究院有限公司;国网冀北电力有限公司唐山供电公司
主分类号: H02J3/00 分类号: H02J3/00;H02J3/18
代理公司: 郑州立格知识产权代理有限公司 41126 代理人: 田磊
地址: 132012 *** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 一种 配备 svc 机电 力系 分布式 数字 控制器
【权利要求书】:

1.一种配备SVC的多机电力系统分布式数字控制器,其特征在于:所述控制器是基于以下步骤实现的:

包括如下步骤:

1)采用欧拉变换实现时间离散化,构造配备SVC装置的多机电力系统的离散数学模型;

2)采用改进的磁滞量化器实现控制输入的幅值量化;

3)设计数字控制器,将第一步和第二步的虚拟控制器通过一阶数字低通滤波器,使得径向基函数神经网络的输入已知,采用径向基函数神经网络技术设计控制器,结合步骤2)中改进的磁滞量化器实现控制输入的幅值量化,实现数字控制的效果,设计出分布式数字控制器;

步骤1)所述的配备SVC装置的多机电力系统的离散数学模型如式(1)所示:

式中xi1=δii0,xi2=ωii0,xi3=Pei-Pmi0,xi4=Vmi-Vrefi,xi3=Pei-Pmi0 yii1,yii2分别是电力系统和SVC的输出,u’Bi=-xi4uBi

其中Pei为电功率,Pmi为机械输入功率;i=1,2,...,n表示n个相互连接的发电机数量;Δt为系统采样周期;δi为功角,单位rad;δi0为系统操作点功率角,rad,,ωi为发电机的相对速度,单位rad/s;ωi0=2πf0为同步电机速度,单位rad/s;f0为额定频率单位HZ;Di为单位阻尼常数;Hi为第二惯性常数;E′qi为q轴内部暂态电势;Eqi为正交轴电动势;Td0i为直轴暂态短路时间常数,单位s;T'd0i是直轴瞬态短路时间常数;γi(δ,ω)是多机互联的耦合项;ui是励磁设备的控制输入;Q(ui)是励磁设备的量化输入;Xdi为直轴电抗;

X'dΣi=X1i+X2i+X1iX2i(BLi-BCi),X′di为直轴瞬变电抗;TCi为调节系统和SVC的时间常数;uBi为SVC的输入;u'Bi=-xi4uBi;Q(u'Bi)为SVC的量化输入;BLi为SVC调节等效电纳;BCi为可调电纳的初始值;Vrefi是参考电压;Vmi是SVC的接入点电压;Vsi=1是母线电压;X1i=X′di+XTi,X′dΣi=X1i+X2i+X1iX2i(BLi-BCi),X3i=Xdi+XTi,XdΣi=X3i+X2i+X3iX2i(BLi-BCi),XTi是变压器电抗,X1i,X2i是输电线路的电抗;di表示可能的持续干扰,即一致的负载变化或者机械输入的功率增加;若上述没有标明单位的物理量,则代表该物理量标幺值;

假设1:模型参考信号yri是光滑有界的;且对于k≥0,[yri(k),yri(k+1),yri(k+2)]属于某一紧集;

假设2:存在gij和满足

其中,由于参考信号yri是有界的,gij是未知常数,则假设1及假设2是合理的;并且它们是控制系统设计中常用的假设;

步骤3)包括如下步骤:

第一步:设计跟踪误差变量为si1(k)=xi1(k)-yri(k),因此

定义李亚普诺夫函数为:所以一阶前向差分为:

虚拟控制器设计为:

将xi2d(k)通过一阶低通滤波器τi2zi2(k+1)+bi2zi2(k)=xi2d(k),zi2(0)=xi2d(0)得到新变量zi2(k+1):

zi2(k+1)=(xi2d(k)-bi2zi2(k))/τi2 (5)

其中,bi2i2是滤波器设计参数;所以,ΔVi1(k)可以被改写为:

第二步:令第二个误差面为:

因上述式子中出现未知项θi2,gi2和di(k),定义如下未知函数:

hi2(k)=-[(1+Δtθi2)xi2(k)+Δtdi(k)-zi2(k+1)]/Δtgi2 (8)

在紧集Ωξi2利用RBF神经网络,逼近未知项:

其中是形如式(9)中的最优权值向量,ξi2(k)=(xi1(k),xi2(k),zi2(k+1))T∈R3,εi2m是式(9)中逼近误差的上界,||ψi2i2(k))||2≤li2,li2为神经网络结点个数;是的估计向量,其估计误差为

虚拟控制器设计为:

自适应调节律定义如下:

其中λi2,σi2是正的设计参数;将式(11)等号两边分别减可得:

将xi3d(k)通过一阶低通滤波器τi3zi3(k+1)+bi3zi3(k)=xi3d(k),zi3(0)=xi3d(0)得到新变量zi3(k+1):

zi3(k+1)=(xi3d(k)-bi3zi3(k))/τi3 (13)

其中,τi3是滤波器设计参数;

第三步:令第三个误差面为:

关于Q(ui),令

通过利用上式定义的参数ιi1(k)和ιi2(k),线性时变量化器可利用如下形式表示:

Q(ui)=ιi1(k)ui(k)+ιi2(k) (17)

可以得到不等式:

|Q(ui(k))-ui(k)|<a,if|ui(k)|<a(k) (19)

根据式(15)-(19)和式(2),且δ=(1-ε(k))(1+ε(k))可以得到:

其中,ιi1>0,应该强调的是,式(20)给出了Q(ui)中参数的范围;这是稳定性分析和控制器设计的关键之一,且满足:

将式(17)代入式(14),可以得到:

si3(k+1)=(1+Δtθi3)xi3(k)+Δtgi3i1(k)ui(k)+ιi2(k))+Δtγi(δ,ω)-zi3(k+1) (22)

式(22)可以重新整理成如下形式:

定义如下未知函数:

hi3(k)=-(Δtgi3ιi2(k)+(1+Δtθi3)xi3(k)+Δtγi(δ,ω)-zi3(k+1))/Δtgi3ιi1(k) (24)

在紧集上,利用RBFNN逼近未知函数:

其中是式(25)中的最优权值向量,ξi3(k)=(xi1(k),xi2(k),xi3(k),zi3(k+1))T∈R4,εi3m是式(25)中逼近误差的上界;是的估计向量,其估计误差为

系统控制器设计为:

自适应调节律定义如下:

其中λi3,σi3是正的设计参数;

第四步:定义SVC的接入点电压Vmi和参考电压Vrefi之间的误差,为获得预先设定的跟踪性能,令

si4(k)=yii2(k)-Vrefi(k) (28)

由式(1)可知:

关于Q(u'Bi(k)),令

通过利用上式中定义的参数ιi3(k)和ιi4(k),线性时变量化器可利用如下形式表示:

Q(u'Bi)=ιi3(k)u'Bi(k)+ιi4(k) (32)

得到不等式:

|Q(u'Bi(k))-u'Bi(k)|<a,if|u'Bi(k)|<a(k) (34)

根据式(30)-(34)和式(2),且δ=(1-ε(k))/(1+ε(k))得到:

其中,ιi3>0,应该强调的是,式(35)给出了Q(u'Bi(k))中参数的范围,且满足:

将式(32)代入式(29),可以得到:

式重新整理成如下形式:

定义如下未知函数:

因此,SVC接入点电压的控制律和参数调节律设计为:

2.如权利要求1所述的配备SVC的多机电力系统分布式数字控制器,其特征在于:步骤2)所述的磁滞量化器能够减少转化次数,即当输出从一个值过渡到另一个值时,在新的过渡发生之前会有一些停留时间,具体如下:

式中δi(t)=(1-εi(t))/(1+εi(t)),0<εi(t)<1,其中参数ai(t)决定了Qi(ui)的死区大小,εi是量化密度的量度;较小的εi是量化器的粗糙度;在公式(42)中,是t时刻Qi的最新值,且当t∈[0,Ti,1]时,有当t∈(Ti,h,Ti,h+1]时,有其中,Ti,h,h=1,2,3…,0<Ti,1<Ti,2<Ti,3<…≤+∞表示Qi(ui)转换时候的当前时刻;

利用具有时变参数ai(t),εi(t)和δi(t)的线性时变模型来描述所产生的时变项的界,在整个操作程序中,令ai(t)和εi(t)的最大值表示为和最小值表示为ai(t)和εi(t),则可以得到:

所提出的量化器不需要对控制器的参数进行精确的计算,能解决实际和理论上的重要问题。

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