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1、第27卷第5期电力自动化设备Vol.27No.52007年5月ElectricPowerAutomationEquipmentMay2007基于约束非线性规划的励磁系统参数优化王杨正,蒋平(东南大学电气工程学院,江苏南京210096)摘要:对励磁系统模型进行了研究,提出了一种新的励磁系统参数优化方法。为了使励磁系统满足性能指标的要求,实现最佳控制,采用了各种不同的控制目标准则。基于不同控制目标准则得出励磁系统参数优化模型,参数优化的目标函数是含多变量的复杂的非线性函数,且含有不等式约束。引入惩罚项将含约束优化问题转化为无约束优化问题,然后采用单纯形替换法求出可变参数全局最优解。以IEEEAC2
2、型励磁系统标准模型为例,基于6种不同控制目标准则,采用约束多变量非线性规划方法,通过程序设计与模型仿真相结合对励磁系统参数进行优化。对小偏差信号作用下的励磁系统各种暂态响应指标进行比较分析,结果表明所提出的基于约束非线性规划的励磁系统参数优化的方法是有效、可行的。关键词:励磁系统;参数优化;约束非线性规划;目标准则中图分类号:TM761+.11文献标识码:A文章编号:1006-6047(2007)05-0065-04励磁系统参数设置对控制性能的好坏具有至关ΔTe=K1Δδ+K2Δψfd(1)重要的作用,优化的参数能够提高励磁系统性能,从K3Δψfd=(ΔEfd-K4Δδ)(2)而提高电力系统稳
3、定性[1-9]。1+sτ3现采用约束非线性规划方法对励磁系统参数进ΔEt=K5Δδ+K6Δψfd(3)行优化,并对不同控制目标准则所得控制效果进行Δωr=1(Tm-Te-KdΔωr)(4)2τHs比较,得出最优控制准则。阶跃响应和频率响应分Δδ=ω0Δωr/s(5)析结果表明,所提出的基于约束非线性规划方法适式中Te为电磁转矩;δ为功角;ψfd为励磁磁链;Efd用于励磁系统参数优化。为励磁电压;ωr为角速度;τH为发电机惯性时间1励磁系统参数优化常数;τ3为励磁机时间常数;Tm为机械转矩;Kd为阻尼系数;ω0为额定角速度;K1～K6为系数。1.1励磁系统模型计及自动调节励磁系统与发电机转子回路
4、的电为了满足励磁系统和电力系统研究的需要,通磁暂态过程,小扰动下励磁系统回路的方程可表示为[4]常建立励磁系统数学模型来研究有关参数的作用。ΔIfd=K7Δδ+K8ΔEq′(6)1981年IEEE公布的励磁系统模型有DC1、DC2、1ΔUf=ΔUt(7)AC1、AC2、ST1、ST2型。这里以AC2型(高起始无1+sτR刷励磁系统模型,如图1所示)为标准模型,类似于K7=K4/Xad,K8=1/(K3Xad)文献[4],由于所进行的是小偏差信号分析,认为系式中Ifd为励磁电流;Eq′为q轴瞬变电动势;Uf为统在受小干扰时不会引起限幅环节作用。计及励磁反馈电压;τR为时间常数;Xad为d轴电枢反
5、应系统动态时,单机无穷大母线系统中发电机模型包电抗;K7、K8为系数。括转子运动方程和计及励磁系统调节作用后的电动由以上方程可得励磁系统、发电机及接口数学势变化方程如下[10]模型,从而建立单机无穷大母线系统励磁控制模型。:UsUamaxUrmax-KxUfeUerr++1+τcsKa++1EfdLVGATEKb1+τbs1+τas-τes--UUUUrmin-KxUfe0F=F(I)fUaminHL-exNKlUeINUlr+Ufe+K+SKcIfdKeeIN=HU+eKfs1+τfsKdIfd图1IEEEAC2标准励磁模型Fig.1IEEEAC2excitationsystemstanda
6、rdmodel收稿日期:2006-10-16;修回日期:2007-01-10电力自动化设备第27卷1.2控制目标准则不得超过额定电压的15%,电压摆动次数不超过3为了使励磁系统满足性能指标的要求,实现最次,调节时间不超过10s。在空载额定电压情况下,佳控制,采用基于输入与输出的误差函数的积分(即当发电机给定阶跃为±10%时,发电机电压超调量应目标函数)为最小的控制准则。目标函数是励磁系不大于阶跃量的50%,摆动次数不超过3次,调节统结构固有参数的函数,随着参数的变化而变化。时间不超过10s。”常用的目标函数有6种。由以上分析,励磁系统参数优化模型为a.误差绝对值积分IAE(IntegralAb
7、soluteminJ=minJ(Kf,τf)Error)准则。s.t.Kfmin≤Kf≤Kfmax(8)tsτ≤τ≤τ(9)fminffmaxJ=!e(t)dt0Ut(t)
