[发明专利]基于开关控制的同步发电机切换励磁控制方法

说明书

本发明公开了一种基于开关控制的同步发电机切换励磁控制方法，该励磁控制方法仅需要测量发电机的转速信号，在同步发电机受到外部扰动后，根据发电机转速在状态空间中的位置在开关励磁控制器和常规连续励磁控制器之间切换。开关励磁控制方法根据其开关逻辑产生的控制信号仅有两个值，即最大励磁电压和最小励磁电压。切换励磁控制方法的切换策略设计为：当同步发电机受到外部扰动使得其转速偏离原来的平衡点时，控制方法切换为开关励磁控制器，在开关励磁控制器的控制下发电机的转速能够以最快的速度收敛到原平衡点附近的一个小临域内；当发电机转速在经过原平衡点时控制器切换为常规连续励磁控制器。

技术领域

本发明涉及电力系统自动化技术领域，具体涉及一种基于开关控制的同步发电机切换励磁控制方法。

背景技术

电力系统中发生短路故障后，系统的暂态稳定性主要依靠同步发电机的励磁控制器来保持。同步发电机的励磁控制器从数学模型上可以分为线性励磁控制器和非线性励磁控制器两种。线性励磁控制器通过PID控制来实现，控制器的参数是根据电力系统模型在平衡点处线性化后计算得到，因此线性励磁控制器在系统的平衡点附近拥有最好的控制器效果。然而，在电力系统的暂态振荡初期，系统的运行点远离平衡点，同时考虑线性励磁控制器的相位滞后，使得线性励磁控制器在系统振荡初期不能完全利用励磁系统的阻尼特性，进而限制了其在电力系统暂态稳定控制中发挥的作用。非线性励磁控制器采用输出反馈线性化、状态反馈线性化等方式设计，能够考虑到系统运行点变化对系统非线性的影响，在暂态振荡过程中能够提供快速响应。但是，非线性励磁控制器的设计依赖于系统的精确模型，而且需要对系统的各个状态变量进行测量，这些都增加了其应用于工程的难度。

传统的开关控制方法通过分析性能函数导数的极大值来求取控制规律，尽管其开关控制规律需要通过系统的状态变量计算得到，但是开关控制方法可以最大限度发挥控制器的性能使被控系统的动态表现出时间最优性。在最新的研究成果中，基于逻辑运算的开关控制方法一方面避免了传统开关控制方法依靠系统状态变量实现控制规律的问题，另一方面保持了传统开关控制方法时间最优性的优点。因此将基于逻辑运算的开关控制方法运用于电力系统暂态振荡初期的励磁控制中将极大的提高励磁控制器的控制性能。同时，由于基于逻辑运算的开关控制器的设计仅需要系统的相对阶数信息而不需要系统的精确参数、模型，所得到的开关励磁控制器呈现出对系统运行条件变化的强鲁棒性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述传统线性励磁控制器和非线性励磁控制器的缺陷，提供一种基于开关控制的同步发电机切换励磁控制方法，在电力系统暂态振荡的初期，充分发挥同步发电机励磁系统的潜能，使发电机转速以最快的速度收敛到平衡点附近，然后通过传统线性励磁控制器使电力系统渐近稳定于原平衡点。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于开关控制的同步发电机切换励磁控制方法，所述的控制方法包括下列步骤：

当同步发电机处于稳态运行且同步发电机转速偏差的绝对值时，切换励磁控制方法采用常规连续励磁控制器对同步发电机进行控制，其中为切换励磁控制方法由常规励磁控制器切换到开关励磁控制器的判据；

同步发电机受到外部扰动后，同步发电机转速偏差的绝对值时，切换励磁控制方法切换到开关励磁控制器；

当条件：得以满足时，切换励磁控制方法切换到常规连续励磁控制器；

其中∨表示逻辑与操作，∧表示逻辑或操作；

其中同步发电机转速偏差的振荡轨迹的极值序列为Γ(t)＝{Γ₁,Γ₂,…,Γ_j}，Γ_s＝(s∈{1,2,…,j})为序列Γ(t)中的最大值；

其中τ表示切换励磁控制器由开关励磁控制器切换到常规连续励磁控制器的切换判据之一；