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1、电 力 系 统 自 动 化1997年3月 AutomationofElectricPowerSystems 第21卷 第3期39电力系统暂态稳定励磁和快关汽门综合非线性控制李兴源 刘晓川宋永华 刘俊勇(四川联合大学电力系 610065 成都)(UniversityofBathUK)摘 要 在Zaborsky提出的电力系统观测解耦状态空间模型的基础上,进一步考虑励磁和调速系统的作用,建立了适合于暂态稳定综合控制的数学模型,并导出了励磁和快关汽门综合非线性最优变目标控制规律。这种控制策略首先按最大能量耗散原理确定控制目标,然后才驱动系统到达所希望的稳定平衡点。该
2、控制策略仅需获得局部信息,能形成闭环反馈控制,因此容易在线实现。用一个4机6母线系统进行数字仿真,验证了该控制策略的有效性。关键词 电力系统 非线性最优变目标控制 暂态稳定 励磁和快关汽门0 引言1 数学模型[1、2]为了提高电力系统的暂态稳定性,许多文献111 局部状态的估计提出了大量的控制策略。但是,已有的控制策略存在多机电力系统中,局部子系统的结构如图1在下列问题:①对于多机电力系统,其分布的地域所示。EkDkEiDiYilAilVih0°广阔,获取远方信息困难;②暂态稳定控制要求快′PPeiYikmiYiaYib速和实时性。大多数控制策略是基于离线分析计算YiciidPik
3、,QikjBcik设计出的开环算法或经典的优化技术,一般不能得···到显式和自适应的控制规律,而自适应控制需要辨变压器m个邻近母线高压侧低压侧识的时间较长,且在暂态条件下的辨识精度还有待提高[3、4]。图1局部子系统i的结构示意图Fig.1ConfigurationofsubsystemiZaborszky提出的多机电力系统观测解耦状态空间模型,仅需获得局部信息就能构成局部控制在任意时刻t,测量各相邻支路的潮流Pik(t)、[5]器。但是这种模型主要用于功率控制(如电气制Qik(t)和变压器高压侧电压Vih(t),并以Vih(t)为参动、串联电容、切机)方面,如希望用于励磁和快关考
4、相量,设各相邻支路导纳已知,可以计算出各相邻汽门控制,还不能直接采用该模型。--支路母线电压Ek(t)和发电机i的内电势Ei(t)。最优目标策略特别适合于调节一个非线性系统-回到它的动力学稳定平衡状态,其控制规律可表达Ek(t)=Ek(t)∠Dk(t)[6、7]jBcikP为封闭的解析式,容易在线实现。但是电力系统ik(t)-jQik(t)=1+-Vih(t)-(1)-遭受大干扰后,电功率和机械功率失去平衡导致暂Yik′Yik′Vih(t)态稳定破坏,首先应用最大能量耗散原理消除发电-Ei(t)=Ei(t)∠Di(t)机组的过剩功率防止加速失步,然后才是驱动系统--到达所希望的稳定
5、平衡点。YicYid=1+-+-Vih(t)因此,本文首先导出适用于励磁和快关汽门综YiaYie合控制的多机电力系统观测解耦状态空间模型,然m1后导出非线性最优变目标控制规律,最后用一个4+-∑[Pik(t)-jQik(t)](2)k=1YieVih(t)机6母线系统进行数字仿真,验证所提出的控制策-略的有效性。111Yic其中 =++,-----YieYiaYibYiaYib---1995-09-18收稿。Yia是电机内导纳;Yib是变压器导纳,Yik′是40--不计,认为通过控制可能立即改变励磁电压。输电线导纳;Yic和Yid是等值并联导纳;Bcik是并采用快关汽门控制时,一般
6、只关闭占机械功率联电纳。比例大的中间截止阀,它从全开到全关的时间约通过压缩导纳阵,可以求出电机i内部母线节-0115s。因此近似认为,通过快控中间截止阀可以立点的自导纳Yii=Gii+jBii及其与相邻母线节点之即改变机械功率,从而有:-间的互导纳Yik=Yik∠Aik。于是,从发电机i内电势Pmi=Pm0i+Cui$Li(4)发出的电功率Pei为:其中 Pm0i为稳态机械功率;Cui为功率系数;$Lim2为中间截止阀开度的变化,0≤$Li≤1。Pei(t)=GiiEi(t)+Ei(t)∑YikEk(t)k=1于是,通过局部状态的估计,计及励磁和调速õcos(Di(t)-Dk(t)
7、-Aik)(3)系统的作用,有N台发电机的电力系统动力学方程112 励磁和调速系统的作用为(5)式:假定采用快速反应励磁系统,其时间常数忽略õDi=XimõX0Di2Xi=Pm0i-Xi-GiiEi-Ei∑YikEkcos(Di-Dk-Aik)+Cui$Li(5)MiX0k=1õ1Vti(Xdi-Xdi′)1Ei=-Ei+cosDi+Efii=1、2、⋯、N-1Tdi′Xdi′Td0i′Td0i′其中 Vii是发电机i端电压;Xdi和Xdi′是发电机i子系统都处于各自
