基于廣義預測自適應控制的電力系統穩定器

摘 要：電力系統穩定器自20世紀60年代提出以來，在電力系統的穩定運行中發揮了至關重要的作用，但是傳統電力系統穩定器的缺點在于缺乏改變系統運行狀態的適應能力，提高控制與調節電力系統自適應能力的控制方法稱為電力系統的研究熱點話題。文章分析了廣義預測自適應控制的特征，并以實例分析了基于廣義預測自適應控制的電力系統穩定器，以供參考。

關鍵詞：廣義預測自適應控制 電力系統 穩定器

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

作者簡介：葛俊峰（1979-），漢族，碩士，講師，電子與通信工程。

電力系統穩定器是電力系統中重要的抑制低頻振蕩的設備，需要通過復雜的在線整定工作，才能夠保證將低頻振蕩抑制在一定范圍內，但是電力系統穩定器在進行在線整定工作時存在一定的風險，不能始終保證各個頻率段的抑制效果滿足相關的設計要求。基于此，人工智能控制、非線性控制、自適應控制等控制理論相繼被應用在電力系統穩定器設計中，文章研究了一種基于廣義預測自適應控制原理的的電力系統穩定器，該電力系統穩定器能夠自動調整控制器輸出，能夠達到最佳的阻尼效果。

1 廣義預測自適應控制的特征

廣義預測自適應控制的特征主要包括以下幾個方面：其一，每一個“當前采樣時刻”k，基于過程的參數模型，預測模型通常創建和過程密切相關的實時估算模型，能夠對未來某個時間段內的過程輸出序列進行預測分析，預測區間的長度稱之為預測長度，表示為N，N的數值始終大于過程的時延d，因此其未來輸出序列不僅與先前的控制輸入、輸出相關，同時還與未來的控制序列存在緊密的聯系；其二，在當前時刻k，只對過程施加當前控制增量或者當前控制；其三，控制序列將使未輸出預測序列沿著某個參考軌跡到達設定值該設定值序列可以為一個相當長度內始終等于某個常數，也可以為一個已知的時變序列，并通過極小化某個目標函數導出，目標函數通常選取為跟蹤誤差與控制的二次函數形式；其四，位移所有序列，準備下一次采樣處理，在進行下一次采樣處理時，需要對控制序列進行重新計算。

2 仿真計算

2.1 GPC算法。在GPC算法中，用受控自回歸活動平均模型（CARIMA）描述受隨機干擾的被控對象，在CARIMA模型基礎上，能夠獲得系統的多步輸出預測值的矢量計算公式：Y=f+GΔU（公式1），公式中，ΔU表示控制增量序列；Y表示預測輸出序列；G和f是由Diophatine方程計算獲得。當獲得了被控對象多步預測輸出后，取含有系統輸出控制增量加權項和對期望值誤差的二次型目標函數的最小值，并利用梯度尋優法獲得使性能指標極小化的最優解，公式表示為：ΔU=GTG+λI）-1GT（Yr-f）（公式2），公式中λ表示控制加權系數；Yr =yr（t+1），yr（t+2），…，yr（t+n））T（n表示預測長度）。GPC算法是一種典型的廣義預測自適應控制算法，在應用的過程中，控制計算速度為關鍵，控制器在具體控制過程中，只有當前控制量作用在對象上，而未來時刻的控制量僅僅對當前的性能指標產生一定程度的影響，所以假設當前與未來的控制序列應該滿足一下關系：u（k）=u（k+1）=…=u（k+m-1）（公式3），公式中m表示控制長度；u（k）=u（k-1）+Δu（k）（公式4），公式中g表示G的第1列，通過變換后系統的預測輸出長度不發生改變，僅僅是縮短了控制長度，顯著的提高了計算速度。

2.2參數調整。在設計預測控制器的過程中，參數的調整占據非常重要的地位，主要是因為其直接關系到控制器的魯棒性、穩定性以及最終的控制效果。但是，不能夠直接獲得參數取值對控制性能的最終影響，只能通過仿真與試湊對影響效果進行初步確定，但是這給初學者或者缺乏經驗的設計者帶來了很大的難度，通過將λ假設為一個可調整的參數，λ的調整方法表示為：|Δu（k-1）|>Δumax（公式5），其中λmax=λ，λmax為設定好的最大參數值；Δumax表示系統能夠承受的最大控制增量，當控制增量增大時，采用公式4能夠降低對系統的沖擊作用，進而保證控制器的魯棒性、穩定性以及最終控制效果。

2.3實例仿真計算。實例仿真實驗中電力系統穩定器的GPC控制器的結構：主要功能模塊包括：AVR、檢測信號、勵磁參考電壓、觀測器塊、參數整定模塊、phi產生單元塊、參數自適應塊、遞推最小二乘估計塊、GPC控制器塊、電力系統塊。按照上述控制算法，其預測長度n=5，控制步長為0.1s，給定機端電壓發生階躍變化，仿真時間為10s，持續時間為0.2s，電力系統的特征根為-26504、0.0788±j6.6329、-48.6272，系統由于受到一對正實部的特征根，影響系統的穩定性，在擾動下的不穩定運行的電力系統特征根為-0.6154、-28298、0.8787±j6.4879、-23.3670、50.0528，阻尼比表現為0.1342振蕩模態，因為阻尼比相對較小，當遇到擾動時，系統恢復至穩定狀態需要的時間相對較長，通過采用GPC算法，系統獲得的阻尼比分別為0.3258、0.3001、0.5642、0.344、0.2829，阻尼比相對較大，便于更好的阻尼系統的低頻振蕩，具有非常好的自適應性與穩定性。

3 結語

總之，基于廣義預測自適應控制的電力系統穩定器具有更好的適應性和有效性，控制規律具有自適應特征，顯著的提高了系統的動態平衡，增強了系統的阻力，提高了系統的小干擾的穩定水平。文章研究的基于廣義預測自適應控制的電力系統穩定器，具有魯棒性強、穩定性好、控制效果好等特點，顯著的提高了電力系統的性能。

參考文獻

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