多机系统PID分散协调控制的研究.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第23卷第1期电力科学与工程Vo1．23，No．1122007年3月ElectricPowerScienceandEngineeringMal"．，2007多机系统PID分散协调控制的研究陈卓，郝正航(贵州大学电气工程学院，贵州贵阳550003)摘要：从实际励磁控制模型出发，将机端电压及其微分作为输出反馈量，建立发电机及其控制器数学模型，通过求解Levine-Athans矩阵方程组，设计了PID分散协调励磁控制器，其结果可直接应用于电力系统现有PID控制器的参数整定；另外，对传统权矩阵优化算法中存在的不足给予了改进，使权矩阵优化算法更易实

2、现且更可靠。文章是电力系统分散协调控制理论的进一步完善及补充，在无须改变原有控制器结构的前提下实现最优协调控制，更具现实意义。最后，经计算与仿真证明提出的方法是正确的、有效的。关键词：电力系统；PID控制；励磁控制；权矩阵；分散协调控制中图分类号：TM761文献标识码：A式中，分别为测量环节及放大环节的时间常数；0引言极小，一般取几十ms。为比例放大倍数；，分别为微分时间常数和积分时间常数。现代电力系统是典型的复杂动力学系统，其静在式(1)中，积分环节的主要作用是消除系态稳定性、暂态稳定性本质上具有全局性，这决定统静差。而实际电力系统则需留有一定的静差以协了基于系统局部模型制定的控制规

3、律难以满足电力调分配各机组无功负荷，同时，由经典控制理论系统的控制要求。同时，由于电力系统分布地域知，积分时间常数的取值必满足岛，即当广，采用全状态量反馈控制需采集大量远方信号，较小时，可视为0。因此，在电压放大倍数足够对实际电力系统难以实施。因此，分散协调控制理大，电压调节精度满足要求时，可以省略积分环论在电力系统控制中的应用受到重视n。节，即本文从同步发电机现有励磁控制结构的实际情△()一+S况出发，在文献[3]的基础上提出并设计了基于△)(1+(1+)分散协调控制理论的PID控制规律，不但保留了则PID励磁调节系统传递函数框图如图1所示。传统最优分散协调励磁控制的优点，而且其控制

4、器结构更接近实际，便于工程应用。1建立数学模型图1PID励磁调节系统传递函数框图I．I状态方程的建立一般的PID调节方法的励磁系统传递函数为在稳态放大倍数较小时，可加入端电压偏差的积分，以使系统静差达到规程要求。设多机系统有△)+岛·蚩，

5、、Ⅳ台发电机，则由图1可以写出第f台机t，为万一『干u状态量的微分方程：收稿日期：2006—01—04．基金项目：贵州省科学技术基金项目资助(黔科合J字[2006]2114号)作者简介：陈卓(1980一)，女，贵州大学电气工程学院讲师．维普资讯http://www.cqvip.com第1期陈卓，等多机系统PID分散协调控制的研究Ⅳ(3)一旦桃I’珊也

6、随之被1一，⋯，因此，问题归结为求解。，：。：：一。-+△“l，⋯，Ⅳ(L4)2PID分散协调控制器的设计若发电机采用三阶模型，励磁功率单元采用一阶模型，并忽略调速系统对动态过程的影响，则与在1．2节中已经提到，所要设计的PID分散协第i台机有关的各环节数学模型如下：调控制器目标实际上就是使得性能指标=∞一09o(5)．，=(d伪极小值，由式(8)中的组成的分块对角阵，即面产‰[一一Dj[一ii](6)11l2l2。=一层(7)=(15)，=+(8)KdNlK撇由文献[3]可知，眉可通过求解Levine—Athans方将式(3)～式(8)在运行点处线性化并偏差化后，整理为矩阵方程：程组

7、得到。以上提及的“协调”是针对已给定的权矩阵而X+BU(9)言的。必须说明，如果权矩阵是随意给定的，那么式中r．_[△1，Ao91，△-，△点=础，⋯，△Ⅳ’△∞Ⅳ’△，得到的优化结果往往不够理想。因此权矩阵优化是‰，AyIl’△t：，⋯，，，△Ⅳ2]T必不可少的重要环节。=[△t，△，⋯，△乙]3权矩阵优化算法的改进各符号均为惯用符号，此处不再赘述其名称及意义。1．2输出方程的建立理想的权矩阵应能使多机电力系统具有较高的令输出矩阵y=．．，Yt：，⋯，t，蜘]，则有静稳功率极限且各机电振荡模式都有希望的阻尼Y=CX(10)比。由于静稳功率极限在一定条件下主要是与电压0⋯0l0⋯⋯0反

8、馈放大倍数有关，因此，权矩阵就应该在给定阻0⋯00l0⋯0尼比及给定电压放大倍数范围的约束条件下进行优式中C-●：●：化。●；●●0⋯⋯⋯⋯⋯0l以往学者提出用相关特性法来选取权矩阵p，式(10)表示每台发电机有2个输出量，即所设计但作者在研究中发现，该方法存在着两点不足：一的控制器仅反馈两个量——端电压偏差及其微分。是需要通过人为改变每台发电机的机械阻尼系数因此可以得到：来观察阻尼比的变化情况以确定各机电模式所对应的机组，这种方法在系统规模较