CN102403719B - 非匹配不确定电力***的滑模负荷频率控制器设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非匹配不确定电力***的滑模负荷频率控制器设计方法,设计了积分型滑模面,可以优化***达到阶段的动态性能,同时基于趋近律到达条件,设计相应的滑模负荷频率控制器,使得***状态在有限时间内到达积分型滑模面,保证***频率趋于稳定,保证电力***运行的平稳性和鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制器设计方法,特别涉及一种非匹配不确定电力***的滑模负荷频率控制器设计方法。
背景技术
负荷频率控制是电力***设计和运行中重要的课题之一,是最主要的***频率控制手段。对于电力***而言,负荷总是不断变化的,还可能随时发生各种故障,有必要设计一个负荷频率控制***,使得该***依赖频率对发电机的负荷进行控制。因此针对具有参数不确定的电力***,如何将频率控制在一个可接受的范围内,始终是一个极具挑战性的研究课题。在过去的几年中,具有较好动态性能的负荷频率控制器设计受到学者们的关注,并且已经在负荷控制领域展开很多相关研究。在各种负荷频率控制器的设计中,比例积分控制被广泛的应用到调速***的设计中。然而电力***作为一种工业过程,它包含各种由***参数和特性变化,负荷波动和建模误差等引起的不确定性,特别考虑到由于阀门位置变化引起的调速器速度限制时,比例积分控制器不能够实现较好的控制效果。为了保证供电质量,有必要基于电力***负荷和频率的变化,设计鲁棒控制器。
滑模控制作为一种控制器的设计方法,具有鲁棒性的优点,特别是当***状态到达滑动模态阶段时,对参数摄动和外界干扰具有不敏感性,因此可以用来有效处理电力***中负荷扰动的变化和由发电机变化率受限产生的非线性问题。在现有的文献中,针对互联电力***,设计了滑模负荷频率控制器,但是文献并没有考虑不确定参数项的影响。也有文献提出了基于Ackermann公式的分散滑模LFC方法,对于一个由N个区域组成的互联电力***,考虑不确定性并把关联项作为***的扰动,但是该***中的扰动需要满足匹配条件。然而,在现实电力***中许多非线性不确定项是不满足匹配条件的。
发明内容
本发明是针对一类非匹配不确定性电力***频率控制器很难达到控制要求的问题,提出了一种非匹配不确定电力***的滑模负荷频率控制器设计方法,设计了积分型滑模面,可以优化***达到阶段的动态性能,同时基于趋近律到达条件,设计相应的滑模负荷频率控制器,使得***状态在有限时间内到达切换面,保证***频率趋于稳定。
本发明的技术方案为:一种非匹配不确定电力***的滑模负荷频率控制器设计方法,包括如下步骤:
4)给定稳定性判据条件:如果条件成立, 为已知的正函数是一个有界函数,存在,和是正定矩阵,是矩阵的最小特征值,使得对于所有的和,不确定电力***在滑模面上保持稳定,其中是以为球心以为半径的封闭球面的补。
式中是频率偏差增量(HZ);是发电机输出功率的增量变化;是调节阀位置的增量变化;是积分控制的变化量;是负荷干扰,是调速器时间常数(s);是汽轮机时间常数(s);是电厂模型时间常数(s);是电厂增益;是调速器动作引起的速率调节;是积分控制增益。
本发明的有益效果在于:本发明非匹配不确定电力***的滑模负荷频率控制器设计方法,此方法设计的***的频率偏差能够在有限的时间内趋于滑动模态,保证电力***运行的平稳性和鲁棒性。
附图说明
图1是本发明单一电力***的结构框图;
图5是本发明在包含非匹配不确定的电力***中频率偏差响应图;
图11是本发明存在GRC的电力***的结构框图;
具体实施方式
下面从模型建立、设计原理、设计方法、有效性验证几个方面对非匹配不确定电力***的滑模负荷频率控制器设计方法做进一步说明:
(1)考虑非匹配不确定单域电力***模型:
单域电力***的状态方程为
,
式中是频率偏差增量(HZ);是发电机输出功率的增量变化(P.u. MW);是调节阀位置的增量变化(P.u. MW);是积分控制的变化量;是负荷干扰(P.u. MW)是调速器时间常数(s);是汽轮机时间常数(s);是电厂模型时间常数(s);是电厂增益;是调速器动作引起的速率调节(HZ P.u. MW-1);是积分控制增益。
考虑由参数变化引起的不确定性和负荷波动引起的干扰时,电力***表示为不确定项的模型:
(2)本发明的基于滑模控制的非匹配不确定单域电力***的负荷频率控制器的设计原理:
在设计控制器之前,首先给出两个假设,
考虑如下不确定电力***:
证明:令
定理2:如果滑模负荷频率控制器满足如下方程
则***满足到达条件。
证明:利用到达条件,可以得到控制律
(3)本发明的基于滑模控制的非匹配不确定单域电力***的负荷频率控制器的设计方法:
本发明提出的不确定单域电力***滑模负荷频率控制器的设计方法,在建立了考虑非匹配不确定的电力模型之后,按照下列步骤进行:
2)设计积分型滑模面
3)设计滑模负荷频率控制器
(4)算例分析:利用单域电力***来验证本发明的有效性。
结构框图如图1所示,其中参数值变化范围和标称参数满足如下定义
为了证明提出控制器在非匹配不确定条件下具有鲁棒性,我们将针三种不同情况进行***明。
情况(3): 在上面两种情况的设计和分析中,没有考虑发电机变化率的约束(GRC)。在实际电力***中,如图11所示发电机变化率存在上限的约束,所以本例中我们将考虑GRC为每分钟0.1p.u.,即,***的频率偏差的仿真如图12-13所示。
由图2-13的仿真结果可以看出,针对存在不确定项和GRC约束的单域电力***,在本文设计的变结构控制器的作用下,***的频率偏差能够在有限的时间内趋于滑动模态,保证电力***运行的平稳性和鲁棒性。
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