多重滑模鲁棒励磁控制器设计
葛 友,李春文
(清华大学自动化系,北京100084)
摘要:多重滑模控制对于不满足匹配条件的不确定性具有较好的抑制作用。对于电力系统鲁棒励磁控制模型,文中基于多重滑模控制思想设计了励磁控制器。为了获得快速且鲁棒性能较好的动态响应,将励磁控制分为鲁棒控制分量和快速响应分量,它们分别由多重滑模控制器和PID控制器产生。基于电力系统分析综合程序(PSASP)的小干扰稳定和暂态稳定仿真表明了此方法在电力系统励磁控制中的有效性。
关键词:多重滑模;鲁棒控制;电力系统;励磁控制
中图分类号:TM 571; TM 761+.11
引言
变结构控制是一种综合方法,到目前为止,已经建立起系统的理论和实用的综合步骤[1,2]。滑模变结构控制具有简单、便于理解和应用的优点,其主要特点是:在滑动模态上,对于满足匹配条件的系统的摄动和外界干扰具有不变性。由于实际系统中存在各种不确定性(包括未建模动态参数不确定和外界不确定干扰),而变结构系统的滑动模态具有完全自适应性的特点,因此可以利用滑模变结构控制解决十分复杂的系统的镇定问题。早在20世纪70年代初,Erschler等人就将变结构控制用于水电站的水门控制中[3]。目前,变结构控制已经在电力系统中得到了广泛的应用[1,2,4,5]。
滑模变结构控制可以较好地抑制满足匹配条件的各种不确定性[1]。当系统的不确定性不满足匹配条件时,如何设计滑模变结构控制律得到了广泛研究[6~8]。针对具有不满足匹配条件的不确定性系统,文献[8]提出多重滑模变结构控制的思想。通过合理设计非线性滑动模态,可获得能较好地抑制不匹配不确定性的变结构控制律。电力系统是一个复杂的非线性系统,并且容易遭受各种干扰,因此将电力系统数学模型建成鲁棒控制模型更合理[9~11]。针对电力系统励磁鲁棒控制模型,本文基于多重滑模控制思想设计了电力系统鲁棒励磁控制器。
1 多重滑模控制[8]
考虑具有不满足匹配条件的不确定线性系统:
 效果类似。这种类似的控制效果是由于MLSM和NSM都采用了反馈线性化技术,因此在小干扰情况下(系统的不匹配不确定性表现不明显)具有相近的控制输入。
由图4可以看出:本文提出的多重滑模鲁棒控制器可以较好地提高系统的暂态稳定性,具有较快的响应速度,其性能大大优于PSS+AVR控制器和NSM控制器;在功角稳定性得到提高的同时,母线电压也具有较好的暂态响应。
MLSM控制器之所以能够取得较好的控制效果,是因为在设计控制器时就考虑到了系统的不匹配不确定性。例如,在反馈线性化设计时假设Pm恒定,而在三相短路的故障下Pm并不能保持恒定,因此在设计控制器时考虑了功率扰动Pd,可以提高系统在故障切除后的动态性能。此外,本文所使用的许多代数关系只是近似关系,如Pe=(Eq′VS/xdΣ′)•sinδ,Qe=(VSEq′/xdΣ′)cosδ-V2S/xdΣ′等。这些近似关系都增加了反馈线性化系统的非线性,对于系统(12)而言,也就是增大了系统的匹配和不匹配不确定性。
最后还要说明的是,单机无穷大系统的励磁控制数学模型(8)是简化后的近似模型,因此反馈线性化后的系统[13]并不是真正意义上的线性系统。系统的模型应该考虑到这些不确定性,近期的电力系统励磁控制模型中都充分考虑了系统的不确定性[9~11,14]。因此,在本文中提到的不匹配干扰可以包括:功率扰动、假设关系的破坏以及参数不确定性和动态不确定性等。
5 结语
多重滑模控制方法是一种能够较好地抑制不满足匹配条件的不确定性的鲁棒控制方案。电力系统的鲁棒控制模型中不确定性一般不满足匹配条件。
在电力系统励磁鲁棒控制模型的基础上,利用状态变换和状态反馈,将鲁棒励磁控制模型转变为多重滑模鲁棒励磁控制模型,然后基于多重滑模控制思想设计了电力系统励磁控制器。为了提高系统的暂态响应速度,将励磁控制分为鲁棒控制分量和快速响应分量,它们分别由多重滑模控制器和PID控制器产生。PSASP仿真结果表明了本文方法在电力系统励磁控制中的有效性。
|
