CN103248045A - 不确定电力***等速滑模负荷频率控制器设计方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及一种负载频率控制方法,特别涉及一种不确定电力***等速滑模负荷频率控制器设计方法。
背景技术
为了提高供电质量和可靠性,负荷频率控制是电力***设计和运行的重要问题之一。对于电力***而言,负荷总是不断变化,还可能随时发生各种故障,所以设计一个负荷频率控制***,保证***的频率偏差在允许的范围内显得格外的重要。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。
最近几年,具有较好动态性能的负荷频率控制器设计问题受到学者们的关注,并且已经在负荷频率控制领域展开很多相关研究。有针对发电机受限的电力***设计广义的积分负荷频率控制器。设计了基于遗传算法和线性矩阵不等式的鲁棒负荷频率控制器。针对基于黎卡提方程设计的两种鲁棒负荷频率控制器进行仿真比较研究。
基于以上研究分析,针对包含参数不确定的电力***,如何设计算法简单,并且具有较好频率偏差抑制效果的鲁棒控制器,是电力***研究者关注的焦点问题。滑模控制是一类特殊的非线性控制,在解决上述问题具有独特的优点,能够有效地处理电力***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,可以为不确定电力***负荷频率控制设计提供参考。针对互联电力***,设计了滑模负荷频率控制器,但是并没有考虑不确定参数项的影响,这在实际电力***中是不现实的。
发明内容
本发明是针对由于负荷扰动和***不确定引起的电力***频率偏差的问题,提出了一种不确定电力***等速滑模负荷频率控制器设计方法,该控制器减小传统滑模控制的保守性,具有更好的偏差抑制效果。
本发明的技术方案为:一种不确定电力***等速滑模负荷频率控制器设计方法具体包括如下步骤:
所述步骤1)中常数矩阵
本发明的有益效果在于:本发明不确定电力***等速滑模负荷频率控制器设计方法,能够有效的的解决不确定电力***性的频率偏差控制问题,通过matlab平台将所设计的控制器和传统滑模控制器进行数值仿真对比,仿真结果验证了本发明算法的优越性。
附图说明
图1为电力***的物理模型方框图;
图2为本发明没有考虑GRC约束的频率偏差响应对比曲线图;
图3为本发明没有考虑GRC约束的发电机功率响应对比图;
图4为本发明针对没有GRC约束的电力***设计的切换函数对比图;
图5为本发明针对没有GRC约束的电力***设计的滑模控制量对比图;
图6为本发明GRC非线性饱和环节图;
图7为本发明具有GRC约束的电力***动态模型方框图;
图8为考虑GRC约束的频率偏差响应对比图;
图9为考虑GRC约束的发电机功率响应对比图。
具体实施方式
从模型建立、设计原理、设计方法、有效性验证等几个方面对本发明做进一步说明。
(1)考虑单域电力***负荷频率控制模型:
电力***是复杂的非线性动态***。由于电力***在正常运行时负荷变化很小,所以使用线性化的模型来表示运行点附近的***动态是足够的。线性化的电力***动态模型方框如图1所示。
***的状态方程模型为:
式中: —增量频率偏移( ); —发电机输出功率的增量变化( ); —调速器阀门位置增量变化( ); —负荷干扰(); —调速器时间常数(); —汽轮机时间常数( ); —电力***模型时间常数(); —电力***增益; —调速器速度调节;u(t)-滑模控制器。
为了加强频率偏差的调节作用,令
该电力***向量动态模型可写为:
为了考虑参数不确定和负荷干扰对电力***的影响,模型可以扩展为如下不确定模型:
定义集结不确定项:
所以不确定***可进一步表示为:
(2)本发明的基于等速趋近律的滑模负荷频率控制的设计原理:
为了设计控制器的需要, 首先给出两个假设。
假设1:***矩阵是可控的。
考虑如下不确定电力***
证明:令
则***可以表示为
构造李雅普诺夫函数:
定理2:设计滑模控制器满足如下方程:
则***满足到达条件。
证明:对切换函数求导可得
易知***满足到达条件,所以设计的控制器使***的运动轨迹保持在滑动模态附近。
(3)本发明的基于等速趋近律的单电力***的负荷频率控制器的设计方法,本发明提出的利用等速趋近律构造滑模负荷频率控制器的设计方法,在建立了不确定的电力模型之后,按照下列步骤进行:
3)对于不确定***进行奇异线性变换,令,则***变化为如下标准型:
(3)仿真研究
下面分两种情况来比较两种控制器的效果。
图2-图5为常值切换控制和等速趋近律控制时电力***各参数响应曲线。
在实际电力***中,发电机功率的变化率存在最大限值(GRC)。GRC是影响电力***暂态反应的重要因数,该约束在动态模型中体现为饱和环节,是负荷频率控制中不容忽略的环节,其特性如图6所示。具有GRC约束的***的动态模型如图7所示。
图8和图9为GRC约束下两种变结构控制的响应曲线。
第一组仿真中各参数的响应曲线可以看出等速趋近律的控制效果要明显比常值切换控制的效果好,从图3频率偏差响应曲线可以看出,当***参数为标准参数时,和常值切换控制相比等速趋近律控制可以使***更快速地趋近稳定,并且大大减少了抖振。从图8,图9可以看出,当***考虑GRC的约束时,所设计的控制器依然具有较强的鲁棒性,对频率偏差的抑制效果更加明显。
Claims (2)
1.一种不确定电力***等速滑模负荷频率控制器设计方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
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CN2013101685942A CN103248045A (zh) | 2013-05-09 | 2013-05-09 | 不确定电力***等速滑模负荷频率控制器设计方法 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130814 |