同步发电机的串级非性PID励磁控制

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1、同步发电机的串级非线性PID励磁控制朱发国陈学允《电力系统口动化》1999年第5期No.51999摘要将一种非线性PID控制方法和串级控制思想引入发电机的励磁控制。跟踪一微分器和基于非线性度a变换组成的非线性PID控制，改善了常规PID控制器受一点线性化影响产生的稳定范围局限性。串级控制有效地实现了功角稳定和机端电压稳定的统一。通过对单机无穷人系统的数值仿真表明，该励磁控制方式鲁棒性强，控制品质好，有利于提高系统的暂态稳定性。关键词发电机励磁控制非线性PID控制串级控制跟踪一微分器非线性度分类号TM7120引言同步发电机的励磁控制是提高电力系统稳定性的一种有效手段。PI

2、D控制由于其结构简单、参数易调金今仍被大量应川，但电力系统是一个结构多变的大规模强非线性系统，实际模型与单点线性化模型总存在一定谋差，受适应性范用限制，常规经典PID控制器在系统运行方式改变时难以取得理想的效果。木文基于文献［1］捉出的非线性PID控制思想，设计了具有较强适应范围的非线性PID控制器，并将其引入发电机的励磁控制。为实现暂态过程中发电机功角与机端电压稳定的统一，文献［2〜4］曾提出基于机端电圧变最AVt和发电机角速度变最Aco组合的控制方法，该控制作用对输出y=AVt+kAco呈现出最优控制特性，但对AVt和Aco控制的最优性得不到保证。木文则借助于非线性

3、跟踪一微分器对信号的相位差和非线性控制对系统系数的良好摄动性，提出了另一种基于角速度变量Aco和机端电压误差信号AVt的串级非线性PID控制方法。1预备知识1.1非线性跟踪一微分器受“微分器物理不可实现”的束缚，理想微分信号的捉取在实践过程中非常因难，所得信号在原信号不对微或噪声严重时品质很差，给控制器整体性能的提鬲带来了难以逾越的障碍，非线性跟踪一微分器的应用成功地解决了这一问题。文献［5］提供了二阶跟踪一微分器的结构如式(1)。Q=比±2=—/?satjxj一v(l)+骂产同satU,<7)={SignXMl>alA/aM

4、<<7(1)其中R为一人于零的常数：a>0

5、o町以证明，对式⑴输入一信号v(t),它将产生两个信号xl(t)和x2(t)oK中xl(t)跟踪输入信号v(t)；x2(t)=l(t),即x2(t)为输入信号v⑴的广义微分信号。令=X

6、_V(°+为该跟踪一微分器的开关平面函数，为了防止在s=0附近出现高频颤振现象，式⑴在开关平面函数上设置了线性饱和区问(p,+<5)。在上述开关平面进入线性区后,x2的变化速度将大大减缓,若系统正处于快速跟踪阶段(即

7、x2

8、较大时),跟踪过程将产生较大的超调。因此，我们在开关平而函数中引入罚函数e

9、x2

10、,从而得到改进后的跟踪一微分器结构为：鸟=工2竝=一RsatG»

11、讥门+1^护

12、⑵其屮R决定了系统的跟踪速度，取R=4c/T2t；C为被跟踪信号幅值；Tt为跟踪一微分器的跟踪时间常数,一般应小于被跟踪信号周期TO的0.5倍。若被跟踪信号为非正弦信号，则可通过傅里叶分析大致得到c和T0(T0应取最高次谐波的周期值)。o越大，抵御干扰的能力越强，但也增大了干扰信号衰减振荡的周期，因此一般门J视开关平面函数s所受干扰的大小，在满足抗干扰情况下取较小的整定值。1.2非线性度(X变换非线性度a变换是谋差信号进入控制器前先进行幕指数为a的变换，a体现了信号进行非线性变换的程度，故称非线性度[6]。当a=l时，即为常规的线性控制。如图1结构所示，彼

13、控对彖为一阶系统G(s)=l/(Ts),非线性度a满足0

14、称其为恒加速率变换。0控对範比例増扛*炭度0狈非性变图1非线性度a调节器FigNonlinearnoi*maregulator表1调整时间与非线性度关系表Table1Relationofadjustingtimeandnonlinearnorm非线性度a1.00.90.80.70.6调整时间ts非线性度a0.50.40.30.20.1调整时间ts对于二阶系统G⑸=1/(T2s2+2gTs+l),为了获得类似一阶系统的非线性度a控制效果，我们采用线性PID控制方法对其进行校正，使其传递函数为形同G(s)=1/Ts的广义--阶系统。对于比例系