[发明专利]一种柴油发电机组哈密顿模型的建立方法

说明书

本发明公开一种柴油发电机组哈密顿模型的建立方法，属于发电机组稳定分析与控制技术领域，柴油发电机组由柴油机和发电机组成，是一个复杂的非线性系统，本发明从动力学层面研究其建模方法，为进一步对其进行控制奠定基础，首先利用分析动力学原理将柴油机拉格朗日函数转换为哈密顿函数，并将其加入到发电机哈密顿函数中，获得柴油发电机组整体的哈密顿函数，基于所获得的哈密顿函数和柴油机本体及执行器的微分方程，推导柴油机哈密顿方程，并和发电机的哈密顿方程一起构成整个发电机组的哈密顿模型。

技术领域

本发明属于柴油发电机技术领域，具体是柴油发电机组哈密顿建模技术，更为具体的是涉及一种柴油机发电机组哈密顿模型的建立方法。

背景技术

柴油发电机组是一种灵活、快速的供电电源，被广泛应用于各种用电场所，尤其是作为一种备用电源，被各行各业采用，当前随着大规模新能源的开发与利用，特别是微电网的快速发展，利用柴油发电机组作为调节电源，平抑微电网功率波动是一种有效的方法，使得柴油发电机组的应用得到快速发展。在此背景下，柴油发电机组与其它设备的协同控制技术成为研究的热点，要求对柴油发电机组运行控制的内部机理进行更深入的探索。

柴油发电机组是由柴油机和发电机两个子系统组成的非线性系统，由于发电机建模问题比较成熟，研究重点主要集中于柴油机系统。目前还没有关于柴油发电机组哈密顿建模的方法。

发明内容

本发明将柴油机拉格朗日系统演变得到广义哈密顿系统，进而连接发电机构成柴油发电机组的广义哈密顿模型，提出柴油发电机组的哈密顿建模方法，为基于系统结构动力学的柴油发电机组运行控制研究提供基础。

本发明提出一种柴油发电机组的哈密顿建模方法，柴油发电机组包含柴油机和发电机，本发明在柴油机拉格朗日方程的基础上，采用动力学方法将拉格朗日函数转换为哈密顿函数，获得柴油机的哈密顿函数，并将其加入到发电机哈密顿函数中，获得柴油发电机组整体的哈密顿函数并结合微分方程，推导柴油发电机组哈密顿方程，具体建模方法如下。

一种柴油发电机组哈密顿模型的建立方法，柴油发电机组包括柴油机和发电机，包含以下几个步骤：

(1)将柴油机拉格朗日函数转换为哈密顿函数：

取广义速度为ω，写为矩阵形式为定义广义动量为p＝[p₁p₂ p₃]^T，广义动量可以通过拉格朗日函数求取，如下：

根据动力学理论，定义如下的哈密顿函数H⁽¹⁾：

其中：拉格朗日函数为是轴运动速度标么值；是质量标么值；是弹簧刚度标么值；是执行器位移标么值，J为转动部分的转动惯量，kg.m²；ω_m为转动部分的机械角速度，rad/s；

对上式的哈密顿函数H⁽¹⁾求偏导可获得：利用这组变换关系将柴油机微分方程式转化为广义哈密顿形式，如下：

其中：H⁽¹⁾为柴油机哈密顿函数；为执行器运动部分质量标么值；为执行器位移标么值；为执行器移动速度标么值是柴油机执行部分弹簧刚度标么值，ω_B为发电机额定角速度；T_j为惯性时间常数；ω₁为发电机角速度相对额定角速度的变化值，为阻尼系数标么值；T_D为系数；x_nl为空载位移；为执行器的输入；m₂为发电机电磁力矩；D为发电机等效阻尼系数；以上参数均为标么值；以上的各个参数通过设备额定参数、实验直接获得或经过已知参数计算获得；