一种电力系统辅助励磁控制器的设计方法技术方案

本发明专利技术涉及电力系统自动化技术领域，尤其是指电力系统辅助励磁控制器的设计方法，其包括基于三阶多智能体的电网同步发电机建模；辅助励磁控制器的整定；基于收缩导纳矩阵求解系统特征值实现控制器参数的整定三个步骤。本发明专利技术能够有效的实现电力系统的稳定运行，具有重要的理论和应用价值。要的理论和应用价值。要的理论和应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统辅助励磁控制器的设计方法


[0001]本专利技术涉及电力系统自动化
，尤其是指一种电力系统辅助励磁控制器的设计方法。

技术介绍

[0002]电力系统是一个复杂非线性系统，由多种设备与输配电线路相互影响下形成的高维数的电力系统网络。为了提高电力系统运行的稳定性、可靠性和经济性，首先要做的是对电网进行合理有效的规划、建设，除此之外，最重要的就是采取强有效的控制策略。励磁控制系统是电力系统中的重要控制部件，对电力系统的正常运行起着至关重要的作用。同步发电机的励磁控制系统可以维持同步发电机机端电压的稳定和分配机组无功出力来提高电力系统稳定性，改善电力系统动态品质和静态品质，保证电力系统安全运行。因此，励磁控制性能的好坏直接影响到同步发电机组，甚至整个电力系统的安全稳定运行。从以往对励磁控制系统的研究情况来看，尽管在近几年在励磁控制系统模型、控制方法和参数设置方面成果斐然，但结合新型智能方法与控制理论的研究才刚刚起步，仍具有十分巨大的发展空间。多智能体系统是当前系统科学的一个重要研究领域。从本质上来说，多智能体研究的主要目的就是通过对功能结构相对较为简单的智能体的分布式合作协调控制，来实现更加复杂和艰巨的任务目标。基于多智能体一致性设计辅助励磁控制器，该辅助励磁控制器可以提高系统的暂态稳定性，并实现在不降低电压稳定性的基础上，获得更好的功角稳定性，有助于提高电力系统的控制效果，保证电力系统的安全稳定运行。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是提供一种电力系统辅助励磁控制器的设计方法，该电力系统辅助励磁控制器的设计方法能够有效的实现电力系统的稳定运行，具有重要的理论和应用价值。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种电力系统辅助励磁控制器的设计方法，其包含如下步骤：
[0006]步骤1、基于三阶多智能体的电网同步发电机建模
[0007]不计(阻尼功率)考虑电力系统中各个同步发电机的励磁绕组方程，转子运动方程，有
[0008][0009]其中：Δδ
i
表示同步发电机的转子相对功角；Δω
i
表示同步发电机的转子相对转速；P
ei
表示同步发电机的输出电磁功率；T
j
表示同步发电机的惯性时间常数；ω
N
表示同步
发电机的额定转速；E'
qi
表示同步发电机的暂态电势；E
qei
表示同步发电机的强制空载电势；E
qi
表示同步发电机的空载电势；T
d0
表示励磁绕组自身的时间常数。
[0010]发电机励磁辅控模型与三阶多智能体系统的一般描述相结合，求得适用于多智能体一致性算法的发电机各个变量表示如下：
[0011][0012]其中x
i
(t)、v
i
(t)和z
i
(t)分别代表着个发电机的功角、转速和电磁功率。结合可得到基于三阶多智能体一致性协议的同步发电机模型如下：
[0013][0014]当系统达到一致时意味着所有智能体的功角、转速和电磁功率都收敛到相同的值。即满足如下条件：
[0015][0016]步骤2、辅助励磁控制器的整定
[0017]对于电力系统稳定控制器设置，采取的典型一致性算法如下：
[0018][0019]其中，a
ij
表示发电机i与j之间边缘的权重，也是邻接矩阵相应的第(i,j)项；k1,k2,k3表示可调参数。
[0020]将电力系统中每一个发电机的相关参数定义成下列矩阵的形式，有
[0021][0022]因此，具有控制输入u
i
(t)的系统可以写为：
[0023][0024]其中，L1为拉普拉斯矩阵，
[0025]求得基于三阶多智能体的同步发电机的模型，将此模型应用多智能体的一致性算法之中，可得到如下控制器：
[0026][0027]化简可得电力系统的励磁协同稳定辅助控制器：
[0028][0029]其中；k1,k2,k3为待求的参数，其余为同步发电机已知的变量。
[0030]该控制器可以理解为机间速度差为误差的多PID控制器的和。在控制器参数整定时主要通过相应算法给出k1、k2、k3的值，这三个参数各个发电机是一致的，但各个发电机的控制器是不一致的。因为各机控制器还与机间联系权重有关，即同时考虑各机间的连接关系和联系的紧密程度。该控制器既考虑了网络拓扑、机间网络参数、机间协同，又考虑的三个状态变量间的因果关系(速度的微分角加速度，角速度，速度的积分功角)。
[0031]步骤3、基于收缩导纳矩阵求解系统特征值实现控制器参数的整定
[0032]多智能体系统达到一致性的充要条件，k1,k2,k3满足
[0033]k2k3μ
i
>k1[0034]其中：μ
i
为拉普拉斯矩阵的非零特征值
[0035]通讯拓扑图中同步发电机之间联系的紧密程度通过邻接矩阵A中的元素a
ij
来表示：如果两台同步发电机之间传递的信息对二者有较大的影响，则a
ij
的数值设置相对较大；如果两台同步发电机之间传递的信息对二者有较小的影响，则a
ij
的数值设置相对较小。在电力系统中，邻接矩阵A的确定，基于通讯拓扑图模型，对于两个非连通节点，其对应元素为0；对于连通节点，在电力系统中反映两节点间电气耦合的紧密程度，物理意义表示为支路的导纳值。
[0036]通过消去发电机节点之间的中间节点，得到只保留发电机节点之后的收缩导纳矩阵A，得到系统的拉普拉斯矩阵L
[0037]L＝D
‑
A
[0038]det(μI
‑
L)＝0
[0039]其中：D为度矩阵。
[0040]通过公式求取特征很μ
i
,将其带入式k2k3μ
i
>k1求出符合约束条件的参数k1,k2,k3，实现控制器参数的整定，使系统稳定。
附图说明
[0041]图1为本专利技术的三机九节点系统图；
[0042]图2为采用本专利技术后控制器的发电机G2输出电压控制效果；
[0043]图3为采用本专利技术后控制器的发电机G1、G2功角控制效果。
具体实施方式
[0044]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。
[0045]如图1、图2和图3所示，本专利技术提供了三机九节点电力系统说明本专利技术辅助励磁控制器的设计过程和控制效果。
[0046]三机九节点辅助励磁控制器设计
[0047]根据矩阵分块的方法化简导纳矩阵，消去中间节点，仅留下发电机节点，可得收缩导纳矩阵，如下所示：
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统辅助励磁控制器的设计方法，其特征在于，包含三个步骤：1)基于三阶多智能体的电网同步发电机建模；2)辅助励磁控制器的整定；3)基于收缩导纳矩阵求解系统特征值实现控制器参数的整定。2.根据权利要求1所述的一种电力系统辅助励磁控制器的设计方法，其特征在于：所述基于三阶多智能体的电网同步发电机建模包括发电机励磁辅控模型与三阶多智能体系统的一般描述相结合，将三阶多智能体主变量和发电机励磁辅助控制的主变量相对应如下：x
i
(t)、v
i
(t)和z
i
(t)在原三阶多智能体控制中分别表示位移，速度和加速度，在此x
i
(t)、v
i
(t)和z
i
(t)分别代表着个发电机的功角、转速和电磁功率，结合可得到基于三阶多智能体一致性协议的同步发电机模型如下：其中：Δδ
i
表示同步发电机的转子相对功角；Δω
i
表示同步发电机的转子相对转速；P
ei
表示同步发电机的输出电磁功率；T
j
表示同步发电机的惯性时间常数；ω
N
表示同步发电机的额定转速；E'
qi
表示同步发电机的暂态电势；E
qei
表示同步发电机的强制空载电势；E
qi

【专利技术属性】
技术研发人员：焦敏，侯秋华，亓晓燕，丁会芳，王启明，孟凡敏，胡昌伦，陈绪菊，刘啸宇，冯希军，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：