一種新的機床電力系統的分散自適應遞推控制方法

欒居里

（沈陽職業技術學院，沈陽 110045）

0 引言

穩定性問題多年來一直是電力系統最為關注的主要問題。因為隨著系統復雜性的增加，系統控制器的挑戰也在增加[1]。帶有時滯結構的線性控制系統被廣泛的應用于遙控以及現場測量輸入系統。這些控制器用來產生阻尼振動輔助控制信號。因為這個設計基于復雜非線性系統的線性化模型的，時滯控制器不可能總是保證穩定性尤其是當嚴重的可能發生的意外發生。因此,非線性控制設計技術可能是唯一的選擇。

在電力系統中，重要的結果都是通過實施不同的非線性控制器獲得的。下面我們回顧一下用于單機無窮大系統的非線性控制器。Bazanella等人[2]設計了基于Lyapounov方法(LgV)的狀態反饋控制器提高系統的動態性能。該控制器需要發電機的內部電壓，但這并不能測量。更復雜而且現實的控制設計技術，也就是遞推控制技術基于Krstic方法被發明出來了。該方法的第一個應用是文獻[3]中的SMIB系統，其目的是改進瞬態穩定性和穩壓。雖然沒有使用任何優化過程通過反復試驗得到了控制增益，結果揭示了這項新的控制結束的有效性。

1 用于分散控制器的嚴格反饋發電機模型

為了應用本文提出的設計技術，發電機模型(1)以一種嚴格的反饋形式計算[7]，(2)每一個及其認為是一個獨立的動態子系統。為了獲得嚴格的反饋形式模型，電功率代替直接的和正交電壓采用一個態變量。發電機從系統中解耦是通過將其他系統對該系統的影響作為微擾考慮獲得的。因此，每一個發電機可以用以下方程描述。

在這里，耦合項di包括本地的和遠程的信息。在本文中，它可以表示為電力偏差一個不確定的多項式函數，例如帶有估計本地信息參量：

2 自適應反推控制系統設計

這樣是為了用遞推控制方法令系統穩定(3)，然后控制x1到期望值=α0=constant，然后找到x2穩定(3)，找到x3穩定(4)，最后找到u穩定(5)，然后穩定整個系統。因此，x2和x3將有實際的路線α1和α2。定義誤差變量為:

然后，我們將該問題歸結為尋找α1和 α2，u，然后使誤差變量zi趨于0。

3 控制器增益優化

3.1 互聯系統

該系統是互聯電力系統，原理圖如圖1所示。執行器包括一個激勵增益KA，一個濾波時間常數TR和飽和極限。本文所提出的自適應遞推控制器作為勵磁機的補充信號(如圖2所示)。我們說明了提出的控制器的有效性并且同現存的PSS方法進行了比較。在發電機2,3中的PSSs已經成功并用于衰減本地和遠程互相之間的干擾。因此，本文中相同的發電機被控制了。并且對下列控制策略進行了分析。

圖1 互聯基準電力系統

圖2 具有穩態激勵的補充控制器

雙PSSs系統，其傳遞函數如下所示，被應用于發電機2, 3。

公式中，TW為濾波常數，KW為濾波增益，而T1, T2是超前-滯后時間常數。

圖3 相對旋轉角度δ31，δ41對于情形1

圖4 相對旋轉角度δ31，δ41對于情形2

兩個自適應遞推控制裝置，使用本文提出的方法設計，被用于發電機2和3。一個三項故障發生在3號總線。在情況#1中，仿真結果表明，相對轉子位置角振動， 是衰減足夠快，不到8s(如圖3所示)。在情況#2中，當一個傳輸線13-101被移除時，系統滿負荷。自適應遞推控制其在大約8秒的時間內抑制了轉子振蕩，而PSS用了約兩倍的時間抑制振蕩(如圖4所示)。

3.2 控制器比較

在本節，在第二種情形中比較了本文提出的控制器同之前提出的控制器[4~6]。本文提出的自適應控制器分散了控制且只使用本地信息。更重要的是，接口采用電力系統的多項式函數模型。本文提出的控制器比[6]設計的控制器更有效地降低振動。在控制器設計[5]中，接口轉化為外部干擾。這種控制的缺點是用高速率的控制彌補的干擾影響。在控制設計[4]中，則是假定接口變量都是可獲得的，控制器是集中的。本地和遠程信號用于產生控制信號。總之，所有設計工作都很好，但本文提出的新算法的有利之處在于,分散和追蹤接口變量更好。

圖5 三次模擬的速度偏差Δω3，Δω3的最大值(虛線)、最小值(點劃線)、平均值(實線)

3.3 模型誤差

對所提出的自適應控制器的性能進行了評估基于發電機模型誤差。對于情形2，對于每個發電機下列參數，給出了一個隨機的變化相對于正常值(在正常值±50%范圍內)。圖5顯示了快速的偏差對于3號發電機的幾次模擬。本文提出的控制器數值模擬顯示由于模型誤差而具有的魯棒性能。平均值(實線)、最大值(點劃線)，和最小值（虛線）如圖5所示。

4 結束語

提出了分散自適應遞推控制方法并且通過勵磁控制來穩定多機組電力系統。每個發電機被視為一個不確定的動態子系統。不確定性代表系統其余的機組對特定發電機的影響，它可以表示為電力系統偏差的多項式。控制器增益可以同時通過粒子群優化技術調整。提出的控制策略可以用一個互聯系統來說明。試驗結果表明與傳統的PSS比較在大的擾動的情況下自適應反推控制方法改進系統動態穩定性的有效性。計數器粒子證明傳統的PSS方法只能應用于臨近區域而不能在大范圍情況下應用。

[1] B.Fardanesh,Future trends in power system control,IEEE Comp.Appl.Power(2002)24-31.

[2] A.S.Bazanella,P.V.Kokotovi′c,A.S.e Silva,A dynamic extension of LgV controllers,in:Proceedings of the 36th Conference on Decision&Control,San Diego,CA,December 1997.