基于线性最优控制理论的励磁系统的设计及仿真.pdf

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1、52<电气开关>(2010．No．1)文章编号：1004—289X(2010}01—0052—04基于线性最优控制理论的励磁系统的设计及仿真刘明锦(成宁供电公司调度中心，湖北咸宁437100)摘要：基于单机无穷大系统的线性化模型，结合线性最优控制理论建立了最优励磁控制器用的系统状态方程，求出线性最优励磁控制电力系统稳定器，用Matlab仿真软件在单机无穷大系统两种不同的运行状态下进行仿真，结果表明最优励磁控制具备了良好的电压性能，且给出了比AVR+PSS更强的阻尼，表现出良好的动态特性。关键词：线性最优理论；建模；线性最优励磁控制器；仿真中图

2、分类号：TM57文献标识码：BDesignandSimulationofGeneratorExcitationSystemBasedonLinearOptimalControlTheoryLIUMg-j(TheControlCenterofXianningElectricSupplyCompany，XianNing437100，China)Abstract：Basedonthelinearmodelofsingle—machineinfinite—buspowersystemandthetheoreticoflinearoptimalcont

3、rol，asetofstatespaceequationsbylinearoptimalexcitationcontrollerarebuilt．Thentheoptimalpowersystemsta-bilizerisobtained．TheMatlabsimulationresultsontwooperationpointsofsingle—machineinfinite—bussystem．Indicatethatlineroptimalexcitationcontrollerhasmorepreferablecontrolperfo

4、rmance，andcomparewithAVR+PSSexcitationcontrollerhaswelldynamicperformance，too．Keywords：linearoptimaltheory；modeling；linearoptimalexcitationcontroller；simulation较完善、应用较为广泛的重要分支，其研究的中心问题1引言是选择最优控制规律，以使得控制系统在特定指标条在线性最优控制理论中应用同步发电机励磁控制件下的性能为最优。的设计已引起了广泛重视，国内外围绕多参数全状态量反馈最优励磁控制器的

5、设计开展了大量研究工作，针对模型的建立、权值的选取以及工业实现等问题进行了深人细致的研究，取得了一系列重要的研究成果。图1状态空间及反馈系统框图线性最优控制理论的引人使同步发电机的励磁控制进对于定常系统的状态方程，可以表述为：入了一个新阶段，它突破了古典控制理论单输入、单输出控制的局限，实现了全状态量反馈的最优励磁控制。X=AX+BU(1)线性最优励磁控制器(LOEC)可以使远距离输电系统式中，A为状态系数矩阵；B为控制系数矩阵；的静稳定极限大为提高，同时改善了系统遭受小扰动为n维状态向量；U为r维控制向量。时的阻尼特性。此系统状态方程的特征

6、值由A矩阵所决定。如果要改善系统的性能，可以引入状态反馈构成闭环2线性最优控制理论基础系统，如图l所示。反馈系统的状态相量为：2．1线性最优控制原理U=V—KX(2)线性最优控制理论是现代控制理论中一个发展比式中，为状态反馈增益矩阵。<电气开关)(2010．No．1)53将式(1)、(2)合并后，整理可得：(Park)模型，其中定子绕组二阶、阻尼绕组二阶、转子运动方程二阶、转子绕组一阶。由于定子绕组和转子X=+(BV—KV)=(A—BK)X+BV(3)绕组的时间常数相对转子绕组的减小，其动态过程衰此时，闭环系统特征值将由A—BK矩阵所决定。减

7、速度较快，在适时控制中可以忽略。为了容易实现为此，最优控制规律的实质就是选择反馈矩阵，使得并满足实时控制的要求，建立线性最优励磁控制系统它在给定控制规律下达到特定条件下的最优。的数学模型时通常进行如下简化：2．2二次型性能指标(1)忽略同步发电机的次暂态过程；假定)，(t)为系统的实际响应，亭(t)为预期动态响(2)忽略同步发电机定子回路及输电线路的电应。最优控制性能指标应使偏差值最小，以数学表达式阻；表示的性能指标为：∞·(3)不计转速变化对电磁过程的影响，近似用恒．厂=【[(f)一Y()]dt=Jmi(4)定阻尼系数D来反映机械阻尼转矩的

8、影响。式中，为一个随函数y(t)而改变的泛函数，是在、简化后，同步发电机可用三阶状态方程来描述。0一。。时间区间中求取偏差平方的定积分，故称为二次如果采用励磁机则需