专利名称：一种磁控式并联电抗器的梯形变权回归控制方法
技术领域：
本发明涉及一种动态控制器设计方法，可应用于非线性元件的动态控制，特别是磁控式并联电抗器的实时动态控制。
背景技术：
超/特高压交流输电线路的容性充电功率巨大、潮流变化剧烈以及有限的绝缘裕度给系统的无功调节、过电压抑制造成了巨大的挑战，在线路突然发生甩负荷或开断时，接在变压器中低压绕组侧的传统无功补偿装置被同时切除，无法实现动态补偿。高压磁控式并联电抗器(magnetically controlled shunt reactor, MCSR)能够简化超/特高压电网中的系统无功电压控制、抑制工频过电压、动态补偿线路充电功率等，具有非常广阔的应用前景。磁控并联电抗器具有容量可大范围连续调节(从空载到满载的调节率均可达到 90%以上)、高次谐波和有功损耗较小、可靠性高、应用较少的电力电子器件，结构简单、综合成本低的显著特点，技术比较成熟，国内目前研究和工程应用的主要类型。磁控并联电抗器的控制调节和系统电压稳定之间存在复杂的动态相关性当系统连锁故障、负荷或发电机出力改变等引发的剧烈动态过程时，磁控并联电抗器控制系统应有足够高的跟踪精度，确保调控的准确性，避免引发其他复杂的连锁问题。当系统处于稳态运行时候，磁控并联电抗器控制系统应该有足够的鲁棒性，避免和减少因扰动而频繁调控。 但是电力系统是快速实时动态变化的，人工调控或者用固定权重的控制无法满足实时调节的速度和精度要求。本发明对磁控并联电抗器的非线性结构原理进行了推理分析；根据动态参数跟踪的理论，针对外在电力系统与磁控并联电抗器的相关性，采用趋势外推法，对磁控并联电抗器的非线性元件部分和外在系统的动态影响建立时变参数对数回归方程的加权外延模型； 基于系统辨识理论，提出一种磁控并联电抗器的梯形变权回归控制方法，在系统连锁故障、 电压剧烈波动的复杂情况下，根据反馈精度动态变权重的控制策略，跟踪外系统运行状态变化来自适应的改变滚动时域窗内参量的权重，以正确反映它们在系统辨识中的重要性， 合理整定系统跟踪灵敏度和鲁棒性，实现电压稳定调控的全时域最优化。该方法无需迭代，能节省计算时间和内存、增强控制灵活性。已在电力系统全数字实时仿真装置(Advanced Digital Power System Simulator-ADPSS)中编程实现了控制模块的工程化应用，以磁控并联电抗器实际运行参数搭建连锁故障的算例，验证了控制方法的有效性。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提出了一种磁控并联电抗器的梯形变权回归控制计算方法，在系统连锁故障、电压剧烈波动的复杂情况下，能够迅速均衡的改变滚动时域窗的全部参量权重，从而动态调节跟踪灵敏度和控制鲁棒性。本发明跟据动态参数跟踪的理论，针对外接电力系统与磁控并联电抗器的相关性，采用趋势外推法，对磁控并联电抗器的非线性元件部分和外在系统的动态影响建立时变参数对数回归方程的加权外延模型；提出跟踪反馈精度动态变权重的控制策略，以正确反映它们在系统辨识中的重要性，实现电压稳定调控的全时域最优化。该方法无需迭代，能节省计算时间和内存、增强控制灵活性。已在电力系统全数字实时仿真装置(Advanced Digital Power System Simulator,ADPSS)中编程实现了控制模块的工程化应用。1、依据本发明的梯形变权计算方法(公式10-23)，并以此为磁控式并联电抗器的控制系统的设计思想，以解析解形式直接求出控制需要的励磁电流，能够根据外系统运行状态变化来自适应的改变滚动时域窗内跟踪参量的权重，以正确反映它们在系统辨识中的重要性，合理整定系统跟踪精度和鲁棒性，实现电压调控的全时域最优化。以此为核心思想并类比变通，稍加修改的磁控式并联电抗器或其他非线性元件的控制系统设计和仿真建模都在本发明的保护范围之内。2、磁控并联电抗器控制系统，用趋势外推法对接入点电压和励磁电流建立非线性时变参数对数回归方程的外延模型(公式1-2)，进行公式推导(公式3)，设计动态系统辨识来实时跟踪修正动态参数逼近复杂电力系统的工作情况(公式4-9)。当全网系统运行状态点改变时，可以较快改变参数来模拟当前的状态点，具有灵活快速的特性。以其他回归函数(如幂函数、指数函数等，或其组合)描述高压磁控式并联电抗器的非线性磁路饱和特性，用类似方法以解析形式来描述控制系统的思路和方法，都在本发明的保护范围之内。3、变权控制策略(公式M-28)，当被观测系统处于暂态过程，系统将动态改变滚动时域窗内的参量权重，体现预测中的“近大远小”原则，增大近期数据权重，减少远期数据权重，提高系统灵敏度，能够快速跟踪观测系统动态变化，增大调控精度。以此为设计思路的控制器设计都在本发明的保护范围之内。4、对本发明权力主张1-3所述的方法进行类比更换，然后重新组合、进行简化或稍提高精度的建模方法及控制器算法设计也在本发明的保护范围之内。5、应用本发明的方法或者稍加修改，对其他非线性磁路饱和元件如(励磁调节器、非线性电抗等，以及可控电抗器的其他种类)进行类似的电磁暂态建模方法及控制器算法也在本发明的保护之内。6、应用本发明的方法或者类似推导的方法建立的电磁暂态模型可以应用于实时、 非实时、电磁、机电暂态的仿真建模和计算中，以及控制系统的设计方法中，都在本发明的保护范围。本发明的有益效果本发明提出的是一种磁控式并联电抗器的梯形变权回归控制计算方法，在系统连锁故障、电压剧烈波动的复杂情况下，能够迅速均衡的改变滚动时域窗的全部参量权重，从而动态调节跟踪灵敏度和控制鲁棒性。本发明采用趋势外推法，对磁控式并联电抗器的非线性元件部分和外在系统的动态影响建立时变参数对数回归方程的加权外延模型；提出跟踪反馈精度动态变权重的控制策略，跟踪外系统运行状态变化来自适应的改变滚动时域窗内参量的权重，以正确反映它们在系统辨识中的重要性，合理整定系统跟踪灵敏度和鲁棒性，实现电压稳定调控的全时域最优化。磁控式并联电抗器控制器能够根据电压越限来自动进行调节，使过电压峰值大幅降低，减少绝缘元件的耐压裕度；并且能够迅速调整电压平滑下降，使电压回归故障前的正常电压值，既没有过调节，也没有调节不足。当系统出现较为剧烈的动态过程，此时控制系统自动改变调整权重，迅速增大跟踪精度，减少跟踪误差，使系统较快的回到平稳调节过程中。该计算方法无需迭代，能节省计算时间和内存、增强控制灵活性。已在电力系统全数字实时仿真装置(Advanced Digital Power System Simulator,ADPSS)中编程实现了控制模块的工程化应用，验证了控制方法的有效性。本发明也为非线性元件控制器的设计开启了新思路。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是梯形变权示意图
具体实施例方式电力系统是一个复杂时变的非线性系统，系统运行的工作点在不断地变化，难以预先构造固定参数的非线性反馈控制律来实时保证整个系统的稳定性，故应采用某些自适应方法来估计未知的参数并加以修正。本发明磁控并联电抗器控制系统采用趋势外推法对 U、Id建立非线性时变参数对数回归方程的外延模型，根据动态系统辨识的设计思想，来实时跟踪逼近复杂电力系统的工作情况。当全网系统运行状态点改变时，可以较快改变参数来模拟当前的状态点，具有灵活快速的特性。磁控并联电抗器的端点电压U与磁控并联电抗器励磁电流Id的动态非线性时变参数回归函数为
权利要求
1. 一种磁控式并联电抗器的梯形变权回归控制方法，其特征在于包括以下步骤 (1)针对外接电力系统与磁控并联电抗器的相关性，采用趋势外推法，对磁控并联电抗器的非线性元件部分和外在系统的动态影响建立时变参数对数回归方程的加权外延模型磁控并联电抗器的端点电压U与磁控并联电抗器励磁电流Id的动态非线性时变参数回归函数为Id(t) = α α) + β (t) · lg[U(t)]+l(1)式中ξ为观测噪声，一般假定为零均值，正态分布白噪声；已知U、Id的N组观测数据U(i)，I“i)，其中i = t-TL+1，t为当前时刻，TL为动态辨识数据组宽度，令V(i) = lg[U(i)](2)则其回归方程变为
全文摘要
本发明提出了一种磁控式并联电抗器的梯形变权回归控制方法，在系统连锁故障、电压剧烈波动的复杂情况下，能够迅速均衡的改变滚动时域窗的全部参量权重，从而动态调节跟踪灵敏度和控制鲁棒性。本发明采用趋势外推法，对磁控式并联电抗器的非线性元件部分和外在系统的动态影响建立时变参数对数回归方程的加权外延模型；提出跟踪反馈精度动态变权重的控制策略，跟踪外系统运行状态变化来自适应的改变滚动时域窗内参量的权重，以正确反映它们在系统辨识中的重要性，合理整定系统跟踪灵敏度和鲁棒性，实现电压稳定调控的全时域最优化。
文档编号H02P13/00GK102158164SQ20111004946
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者郑伟杰 申请人:中国电力科学研究院