一种建立发电机励磁控制器能量函数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种建立发电机励磁控制器能量函数的方法，属于发电机控制技术领 域。
【背景技术】
[0002] 由于电力系统的非线性特性，发电机经输电线路与系统相连，加上采用高放大倍 数的快速励磁系统，弱阻尼问题引发发电机的动态失稳，表现为低频振荡。解决的主要方法 是采用励磁控制系统的附加控制PSS。PSS易于实现，得到广泛的应用。但对PSS参数的优 化问题一直以来都是研究的热点和难点问题。
[0003] 广义哈密顿理论是解决非线性问题的一种途径，广义哈密顿系统与传统微分方程 相比最显著的一个特性是哈密顿结构和阻尼矩阵提供了系统内部参数关联信息，利用发电 机哈密顿模型给出的结构特征，可以分析参数的关联特性，利用阻尼矩阵可以分析系统的 稳定特性，这些思路无疑给研究PSS参数与系统其它参数内部关联机制，进而有效抑制低 频振荡提供了新的途径。
[0004] 广义哈密顿理论在发电机组及电力系统中有许多应用，包含单机无穷大系统哈密 顿模型、电站内多机系统的哈密顿模型，技术方法有基于机组哈密顿模型结合其他控制理 论改善发电机组控制性能，利用哈密顿能量函数的基于能量整形的各种应用等。
[0005] 本发明是基于发电机哈密顿模型的基础上，用供给率方法建立包含自动电压调节 器AVR和电力系统稳定器PSS的励磁控制器的哈密顿能量函数，为进一步揭示AVR和PSS 参数优化奠定基础。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种建立发电机励磁控制器能量函数的方法，以用于建立包含PSS 的励磁系统的能量函数，也即建立AVR、PSS的能量函数，这样便于将整个控制器写入发电 机哈密顿模型中，构成包含控制器和发电机的完整的哈密顿函数，经过推导获得整个发电 机的广义哈密顿模型。
[0007] 本发明的技术方案是：一种建立发电机励磁控制器能量函数的方法，发电机励磁 控制器包括励磁自动电压调节器AVR和电力系统稳定器PSS ;
[0008] 首先用供给率方法建立包含励磁自动电压调节器AVR和电力系统稳定器PSS的发 电机励磁控制器的哈密顿能量函数，供给率采用各个环节的输入和输出变量描述，获得控 制器的能量函数以后，再将控制器的能量函数加入到发电机哈密顿能量函数中，得到包含 整个励磁系统的发电机能量函数。
[0009] 所述建立发电机励磁控制器能量函数的方法的具体步骤如下：
[0010] Stepl、电力系统稳定器PSS支路的能量用供给率表示为W1Vjv2V s;励磁自动电 压调节器AVR支路分为两部分，包括AVR测量单元和AVR放大单元；测量单元用供给率表示 的能量函数为：u tv1;AVR放大单元看作三输入与单输出环节，采用给率来表示的能量函数 为：
[0011] Ki-Ilt +Ky：-K4v{;
[0012] 其中，ut为发电机机端电压，v#励磁自动电压调节器AVR输出，Ka是放大系数， ? i为电力系统稳定器PSS的输入，V s为电力系统稳定器PSS的输出，V 2为电力系统稳定器 PSS的信号滤过环节的输出，Vraf为励磁自动电压调节器AVR的整定值；
[0013] St印2、PSS、AVR 支路的总能量函数为：#,? + V2Vs +",V1 +尤4〇4 +rs2 -rj2);
[0014] Step3、发电机哈密顿能量函数为：
[0017]其中：ut是发电机机端电压，XadS d轴电枢反应电抗，Xd、X/、Xq分别是d轴电 抗、d轴暂态电抗，q轴电抗；Eq'为q轴暂态电动势，X f为励磁绕组电抗，5是功角（rad)， ~=7>彡_=7)%丨，Tj是机组惯性时间常数（s)，《 B是机组角速度基值，《 - 1，《 是机组角速度（p. u.);
[0018] St印4、将AVR和PSS的能量函数加入到发电机哈密顿函数中，构成包含整个励磁 系统的发电机能量函数：
[0020] 参数说明：如图1，励磁自动电压调节器（AVR)采用PI调节器，AVR的输入为发电 机机端电压u t，输出为Vl，Ka是放大系数；PSS单元包含增益环节、信号过滤环节和相位补偿 环节，K s是增益系数，T w是信号过虑环节的时间常数（s)，T p T2是相位补偿环节的时间常数 (s)，pss输入为O1，其中O1= ? - 1，《是机组角速度（p.u.)，输出为Vs，V2Spss的 信号滤过环节的输出。可控硅励磁单元简化为线性环节。
[0021] 其中步骤Step3中，发电机哈密顿能量函数为发电机哈密顿模型中选择的已有的 三阶模型相对应的哈密顿函数，其中发电机哈密顿模型中选择的已有的三阶模型为：
[0023] 其中：5是功角（rad)，pul= T」《 B? i，Tj是机组惯性时间常数（s)，《 8是机组角 速度基值，O1= ? - 1，《是机组角速度（P.u.)，D为发电机等效阻尼系数，rf是励磁绕 组电阻（pu)，mt为机械力矩，u f是励磁电压（p. u.)，时间变量取标么时间，各参数均为标么 值（p. u.) 〇
[0024] 本发明的有益效果是：
[0025] 在发电机的广义哈密顿系统中，控制器（励磁自动电压调节器AVR和电力系统稳 定器PSS)的能量函数还没有很好的建模方法，这就抑制了利用哈密顿系统针对控制器调 节的发电机及电网的稳定控制研究。本发明利用供给率的方法，解决了控制器的能量函数 的建模问题，可以方便地将控制器写入发电机哈密顿能量函数中，且通过仿真结果验证了 这种建模方法的正确性。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明含AVR和PSS的可控硅励磁系统；
[0027] 图2是本发明取参数1^= I. 0(p. u. )，〇丨=0. 05(p. u.)，用供给率建立控制器能 量函数的哈密顿模型仿真结果；
[0028] 图3是本发明取参数Ut= I (p. u. )，〇丨=0. 05 (p. u.)，用传递函数表示控制器的 哈密顿模型仿真结果；
[0029] 图4是本发明取参数Co1=O^t= 1.05(p.u.)，用供给率建立控制器能量函数的 哈密顿模型仿真结果；
[0030] 图5是本发明取参数O1= 0, u t= 1. 05 (p. u.)，用传递函数表示控制器的哈密顿 模型仿真结果。
【具体实施方式】
[0031] 实施例1 :如图1-5所示，一种建立发电机励磁控制器能量函数的方法，首先用供 给率方法建立包含励磁自动电压调节器AVR和电力系统稳定器PSS的发电机励磁控制器的 哈密顿能量函数，供给率采用各个环节的