申请/专利权人：兰州理工大学

申请日：2022-06-08

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN115051377B

主分类号：H02J3/16

分类号：H02J3/16;H02J3/50;H02P9/36;H02P21/22

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2022.09.30#实质审查的生效;2022.09.13#公开

摘要：一种适用于调相机励磁系统的非线性控制方法，以协同理论为依据，针对调相机励磁系统非线性模型进行控制器设计；建立调相机非线性模型，以其励磁系统的控制目标和需求为依据，选取机端电压、无功功率以及转子角速度为状态变量，并将上述三个变量与其参考值的偏差量进行线性组合以构成流形；在所构建流形的基础上，设定能够保证系统稳定运行的动态方程；将调相机非线性模型代入该动态方程进行求解，得到调相机励磁系统非线性控制器的控制律；所设计控制器能够保证同步调相机的快速动态无功响应，并改善故障切除后由于调相机无功过补偿所带来的系统过电压问题，使电网电压迅速恢复至稳定状态。

主权项：1.一种适用于调相机励磁系统的非线性控制方法，其特征在于，其步骤为：步骤1：利用协同理论设计调相机励磁系统非线性控制器时，被控系统需表示为仿射非线性数学模型；通过调相机转子角速度方程、转子角加速度方程、转矩方程以及励磁绕组电压方程建立具有励磁控制的调相机非线性状态方程；采用调相机转子角δ表示的转子角速度方程与转子角加速度方程如下： 其中，ω为调相机转子角速度；ω0为调相机同步转速；α为转子角加速度；调相机转矩方程的实用形式表示如下： 其中，H为调相机转动惯量；Pe为调相机电磁功率；PD为调相机阻尼功率；f0为调相机额定频率；调相机各功率表达式为： 其中，Pe为调相机有功功率；Qe为调相机无功功率；ud、uq分别为调相机d轴与q轴电压；id、iq为调相机d轴与q轴电流；E′q为调相机q轴暂态电动势；x′d为调相机直轴暂态电抗；Ut为调相机机端电压；D为调相机阻尼系数；综合公式一、公式二、公式三可得调相机转子角速度的一阶微分状态方程如下： 其中，X′d∑为调相机d轴暂态总电势；调相机励磁绕组电压方程为： 其中，Uf为调相机励磁绕组电压；Eq为调相机q轴暂态电动势；Td0为调相机励磁绕组时间常数；公式五为描述调相机励磁绕组电磁过渡状态的方程，而Eq＝E′q+xd-x′d，代入上式得： 其中，xd为调相机直轴电抗；含有励磁控制的调相机q轴暂态电动势一阶微分状态方程如下： 其中，T′d为调相机定子闭路时励磁绕组暂态时间常数；综合公式一、公式四、公式七可得具有励磁控制的调相机非线性状态方程为： 步骤2：根据调相机励磁系统具体控制需求，构建宏变量φx,t；宏变量φx,t为系统各个状态变量所构成的线性组合，x表示被控系统各状态变量，t表示时间；根据上述控制要求，宏变量确定为机端电压偏差ΔU、无功功率偏差ΔQ和转子角速度偏差Δω的线性组合： 其中，Uref为机端电压参考值；Qref为无功功率参考值；ωref为转子角速度参考值；λ1、λ2为正系数，分别表示无功偏差系数和转子角速度偏差系数；λ1、λ2定义了ΔU、ΔQ和Δω之间的权重关系；步骤3：根据φx,t，构造系统的流形；令φx,t＝0，构造系统的流形如下式所示：φ＝ΔU+λ1ΔQ-λ2Δω＝0公式十设定动态方程如下式所示： 其中，T为所设定时间参数，T0；宏变量φx,t是状态变量x的函数，并且状态变量x是关于时间变量t的函数，对宏变量进行求导可得： 综合公式十一、公式十二可得系统动态方程如下： 其中，d为调相机励磁系统非线性控制器的控制律；步骤4：结合步骤1中具有励磁控制的调相机非线性状态方程与步骤3中被控系统动态方程，对控制律d进行求解；将机端电压Ut和无功功率Qe当作调相机状态变量的函数，把步骤3中的宏变量代入动态方程式可得： 对调相机无功功率Qe求导得： 综合公式八、公式十四、公式十五，可得调相机励磁系统非线性控制器的控制律：

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百度查询： 兰州理工大学 一种适用于调相机励磁系统的非线性控制方法

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