[发明专利]一种配备SVC的多机电力系统分布式数字控制器

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x_i1＝δ_i-δ_i0,x_i2＝ω_i-ω_i0,x_i3＝P_ei-P_mi0,x_i4＝V_mi-V_refi，x_i3＝P_ei-P_mi0 y_ii1,y_ii2分别是电力系统和SVC的输出,u’_Bi＝-x_i4u_Bi，

其中P_ei为电功率，P_mi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；Δ_t为系统采样周期；δ_i为功角，单位rad；δ_i0为系统操作点功率角，rad，，ω_i为发电机的相对速度，单位rad/s；ω_i0＝2πf₀为同步电机速度，单位rad/s；f₀为额定频率单位HZ；D_i为单位阻尼常数；H_i为第二惯性常数；E′_qi为q轴内部暂态电势；E_qi为正交轴电动势；T_d0i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；γ_i(δ,ω)是多机互联的耦合项；u_i是励磁设备的控制输入；Q(u_i)是励磁设备的量化输入；X_di为直轴电抗；

X'_dΣi＝X_1i+X_2i+X_1iX_2i(B_Li-B_Ci)，X′_di为直轴瞬变电抗；T_Ci为调节系统和SVC的时间常数；u_Bi为SVC的输入；u'_Bi＝-x_i4u_Bi；Q(u'_Bi)为SVC的量化输入；B_Li为SVC调节等效电纳；B_Ci为可调电纳的初始值；V_refi是参考电压；V_mi是SVC的接入点电压；V_si＝1是母线电压；X_1i＝X′_di+X_Ti，X′_dΣi＝X_1i+X_2i+X_1iX_2i(B_Li-B_Ci)，X_3i＝X_di+X_Ti，X_dΣi＝X_3i+X_2i+X_3iX_2i(B_Li-B_Ci)，X_Ti是变压器电抗，X_1i,X_2i是输电线路的电抗；d_i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y_ri是光滑有界的；且对于k≥0，[y_ri(k),y_ri(k+1),y_ri(k+2)]属于某一紧集；

假设2：存在g_ij和满足

其中，由于参考信号y_ri是有界的，g_ij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s_i1(k)＝x_i1(k)-y_ri(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x_i2d(k)通过一阶低通滤波器τ_i2z_i2(k+1)+b_i2z_i2(k)＝x_i2d(k),z_i2(0)＝x_i2d(0)得到新变量z_i2(k+1)：

z_i2(k+1)＝(x_i2d(k)-b_i2z_i2(k))/τ_i2 (5)

其中，b_i2,τ_i2是滤波器设计参数；所以，ΔV_i1(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θ_i2,g_i2和d_i(k)，定义如下未知函数：

h_i2(k)＝-[(1+Δ_tθ_i2)x_i2(k)+Δ_td_i(k)-z_i2(k+1)]/Δ_tg_i2 (8)

在紧集Ω_ξi2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，ξ_i2(k)＝(x_i1(k),x_i2(k),z_i2(k+1))^T∈R³，ε_i2m是式(9)中逼近误差的上界，||ψ_i2(ξ_i2(k))||²≤l_i2，l_i2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λ_i2，σ_i2是正的设计参数；将式(11)等号两边分别减可得：

将x_i3d(k)通过一阶低通滤波器τ_i3z_i3(k+1)+b_i3z_i3(k)＝x_i3d(k),z_i3(0)＝x_i3d(0)得到新变量z_i3(k+1)：

z_i3(k+1)＝(x_i3d(k)-b_i3z_i3(k))/τ_i3 (13)

其中，τ_i3是滤波器设计参数；

第三步：令第三个误差面为：

关于Q(u_i)，令

通过利用上式定义的参数ι_i1(k)和ι_i2(k)，线性时变量化器可利用如下形式表示：

Q(u_i)＝ι_i1(k)u_i(k)+ι_i2(k) (17)

可以得到不等式：

|Q(u_i(k))-u_i(k)|＜a,if|u_i(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，ι_i1＞0，应该强调的是，式(20)给出了Q(u_i)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：

s_i3(k+1)＝(1+Δ_tθ_i3)x_i3(k)+Δ_tg_i3(ι_i1(k)u_i(k)+ι_i2(k))+Δ_tγ_i(δ,ω)-z_i3(k+1) (22)

式(22)可以重新整理成如下形式：

定义如下未知函数：

h_i3(k)＝-(Δ_tg_i3ι_i2(k)+(1+Δ_tθ_i3)x_i3(k)+Δ_tγ_i(δ,ω)-z_i3(k+1))/Δ_tg_i3ι_i1(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，ξ_i3(k)＝(x_i1(k),x_i2(k),x_i3(k),z_i3(k+1))^T∈R⁴，ε_i3m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λ_i3，σ_i3是正的设计参数；

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

s_i4(k)＝y_ii2(k)-V_refi(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ι_i3(k)和ι_i4(k)，线性时变量化器可利用如下形式表示：

Q(u'_Bi)＝ι_i3(k)u'_Bi(k)+ι_i4(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，ι_i3＞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δ_i(t)＝(1-ε_i(t))/(1+ε_i(t)),0＜ε_i(t)＜1，其中参数a_i(t)决定了Q_i(u_i)的死区大小，ε_i是量化密度的量度；较小的ε_i是量化器的粗糙度；在公式(42)中，是t时刻Q_i的最新值，且当t∈[0,T_i,1]时，有当t∈(T_i,h,T_i,h+1]时，有其中，T_i,h,h＝1,2,3…，0＜T_i,1＜T_i,2＜T_i,3＜…≤+∞表示Q_i(u_i)转换时候的当前时刻；

利用具有时变参数a_i(t)，ε_i(t)和δ_i(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a_i(t)和ε_i(t)的最大值表示为和最小值表示为a_i(t)和ε_i(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。