[发明专利]一种同步发电机励磁输出反馈控制器的设计方法

摘要

本发明公开了一种同步发电机励磁输出反馈控制器的设计方法，首先建立同步发电机的三阶状态空间系统模型；接着采用变量替换的方法将三阶状态空间系统模型等效重塑为四阶状态空间系统模型；然后采用输出反馈的形式设计励磁控制器；最后采用平方和方法得到优化后的励磁控制器。本发明解决了现有励磁控制的算法复杂以及状态反馈在电力系统中难以实现的问题。

主权项

1.一种同步发电机励磁输出反馈控制器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基于单机无穷大系统的数学模型，建立同步发电机的三阶状态空间系统模型；同步发电机的三阶状态空间系统模型如下：上式中，以发电机暂态电动势E’_q、相对角速度ω和转子功角δ为状态变量，y₁、y₂为输出量，P_e为发电机输出有功功率，采用标幺值；ω₀为发电机转子同步转速；V_s系统电压幅值；H为转子惯性时间常数；P_m为原动机输出功率，使用标幺值；D为阻尼系数；X_d发电机定子绕组自感抗；X'_d发电机暂态电抗；T_d0为励磁绕组时间常数；E_f为励磁绕组电压；X'_ds＝X_d+X'_d+X_dl，X_dl为单机无穷大系统输电线路电抗；(2)设置单机无穷大系统的稳定工作点，采用变量替换的方法将步骤(1)建立的三阶状态空间系统模型等效重塑为四阶状态空间系统模型；设单机无穷大系统的稳定工作点为(δ₀，0，E'_q0)，则有如下关系成立：上式中，δ₀为稳态时的发电机转子运行角；E'_q0为发电机稳态电势；E_f0为励磁绕组稳态运行时电压；令x₁＝sinδ‑sinδ₀，x₂＝cosδ‑cosδ₀，x₃＝ω，x₄＝E'_q‑E'_q0，u＝E_f‑E_f0，a₁＝cosδ₀，a₂＝‑sinδ₀，a₃＝‑ω₀V_sE'_q0/(HX'_ds)，a₄＝‑D/H，a₅＝‑ω₀V_ssinδ₀/(HX'_ds)，a₆＝‑ω₀V_s/(HX'_ds)，a₇＝(X_d‑X'_d)V_s/(T_d0X'_ds)，a₈＝‑1/T_d0，a₉＝1/T_d0，a₁₀＝V_sE'_q0/X'_ds，a₁₁＝V_ssinδ₀/X'_ds，a₁₂＝V_s/X'_ds；其中，u是待设计的励磁控制器；由此，将步骤(1)建立的三阶状态空间系统模型等效重构为如下的四阶状态空间系统模型：(3)采用输出反馈的形式设计励磁控制器；(4)采用平方和方法得到优化后的励磁控制器。