电力系统自动化1997年3月第21卷第3期AutomationofElectricPowerSystems93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数学模型为了提高电力系统的暂态稳定性,许多文献[1、2]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。EDED°kkiiYilAilVih0广阔,获取远方信息困难;②暂态稳定控制要求快PY′Pmieiik速和实时性。大多数控制策略是基于离线分析计算YiaYibiP,QjBYicidikikcik设计出的开环算法或经典的优化技术,一般不能得···变压器到显式和自适应的控制规律,而自适应控制需要辨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)、器[5]。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]jBcik为封闭的解析式,容易在线实现。但是电力系统Pik(t)-jQik(t)1+()()=-Viht--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--到达所希望的稳定平衡点。YicYid1++()因此本文首先导出适用于励磁和快关汽门综=--Viht,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+-∑[Pikt-jQikt]2k=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。其中111Yic-=-+-+--,YieYiaYibYiaYib---1995-09-18收稿。Yia是电机内导纳;Yib是变压器导纳,Yik′是04--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是并联电纳。采用快关汽门控制时,一般只关闭占机械功率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≤$Li≤1。Pei(t)=GiiEi(t)+Ei(t)∑YikEk(t)k=1于是,通过局部状态的估计,计及励磁和调速õcos(Di(t)-Dk(t)-Aik)(3)系统的作用,有N台发电机的电力系统动力学方程112励磁和调速系统的作用为(5)式:假定采用快速反应励磁系统,其时间常数忽略õDi=XimõX0Di2Xi=Pm0i-Xi-GiiEi-Ei∑YikEkcos(Di-Dk-Aik)+Cui$LiMiX0k=1(5)õ1Vti(Xdi-Xdi′)1Ei=-Ei+cosDi