【交直流混联系统模型辨识及控制回路选取分析4500字】

交直流混联系统模型辨识及控制回路选取分析目录TOC\o"1-3"\h\u7011交直流混联系统模型辨识及控制回路选取分析 1129001.1自激法基本原理 133511.2基于自激频域辨识法的模型辨识 747981.3基于几何测度指标的广域阻尼控制回路选取 8318791.3.1几何可观性、可控性量化指标 8107881.3.2广域控制回路选取 937941.4交直流混联系统广域阻尼控制回路选取流程 10196861.5仿真验证 111.1自激法基本原理在我们进行研究的机组数量比较多的时候，我们可以用本章节提到的方式解决，能够更方便的解决所研究的问题，结果也十分准确，不受其他因素干扰。自激法(,是在资助下由美国一家名为西屋电气公司于20世纪80年代初研发而出。这种方法能够对电力系统出现的低频振荡模式实行特征根近似值迭代计算，同时能够取得振荡频率以及特征向量等其它相关信息。电力系统属于较为复杂的非线性网络，处于系统稳定平衡点区域附近线性化后，下列为其状态方程：（5-1）公式中：阶状态矩阵；阶输入矩阵；阶输出矩阵。把状态方程表示为：（5-2）上式中，代表的是保留变量，代表的是其他变量，例如，等，待消去。而消去得到：（5-3）公式中代表的是保留变量，代表的是运算形式其“降阶”系统数阵。针对一个含有机的电力系统，随机选择其中一台发电机当成激励点，通过仅对发电机转子相关情况进行跟进，而且，不指定的进行选择其中的任何一个机组来参与其中，我们能够得出其相关关系变量之间的联系，下列为系统状态方程：（5-4）如果设定公式中，并重排后变化为：（5-5）当消去、，便可得出等效“二阶”系统，下列为具体相应的微分方程：（5-6）a)传递函数框图b)原理示意图图5-1自激法原理图据此得出和式(1.6)相对应的等价“二阶”系统微分方程具体为：（5-7）设初始值：（通常取），因为非系统真正特征根，因此有：（5-8）分析图5-1（b）得出，如果系统进入外界激励时，方可以将系统的f保持在较小的震动幅度：（5-9）公式（1.9）就是运用了相关方法求出的解，然后可以推导出为：（5-10）在公式（1.10）中，代表的是系统机电模式其初始预设值，通常取.。代表的是一个复数值，轴是由逆时针旋转的参考轴，为旋转频率，和同步旋转坐标实轴发生的位置没有关系。的幅值也就是外加振荡的初始值大小，的相位也就是外加振荡的初始相位，据此能够得出，也就是的复数相量形式。通过外加力矩的作用，系统中随机一参量的变量皆和有着类似的形式，如下式为第号发电机转速及转子角的增量：（5-11）在公式（1.11中，）与皆是以作为频率的复数相量，与有着相同的根据频率逆时针旋转的实轴。由于，因此能够得出或者。在进行实际计算时，设自激机（下面标为）的，也就是代表以该相量作为实际参考轴（其中幅角是）。如果取为定值其幅值大小将设为1，真值其附近收敛时，会有较大的幅值，将造成出现计算机数值稳定方面的问题。根据系统线性模型（图片3—1）与公式（1.11），设，，消去公式（3—8）中增量因子，计算，能够得出：（5-12）如何以特征根预设值以及与之相应的与公式（1.9）相结合对系统振荡特征根其修正量求解，同时利用迭代求出系统振荡真正特征根是接下来需要解决的问题。修正量计算式是根据单机无穷大系统进而推导出，且以多机系统为基础对其进行改进而成。针对单机无穷大系统，有下列方程式：（5-13）经过进一步的变换、优化，公式(1.13)能够改成：（5-14）公式中：如果设，那么可得出，对公式（5-12）进行计算能够得出(下标代表的是水平分量，代表的是垂直分量，用来区分同步坐标下实部与虚部下标和)，把，放入公式（5-14）中并计算，另外，把的实部与虚部分开，能够得出：（5-15）由公式（5-15）求取得出的的也就是的更新值。通常设：（5-16）由于公式（5-15）的第二式末项值很小因此可对其忽视不计，同时取，公式（5-15）可简化为：（5-17）得出：（5-18）由以上分析得出，针对多机系统近似修正其公式为：（5-19）上式中是的模值，和驱动机的每个发电机转速增量的复数相量与之相对应。公式（5-12）与公式（5-19）是自激法较为重要部分，由于对随机一机电模式预设值，驱动机设定为，根据公式（5-12）对于驱动机需要外加的力矩与每个机的计算时，然后通过公式（5-19）对λ进行估计值的修正，直至和预设值与之对应的或者和的较近的二次迭代值的偏差。选择的初值较为合理时，通常会收敛于系统的机电模式，同时，相对应的每个机对系统的振荡模态进行了反映，也就是指发电机转速增量在系统经受扰动时，与之对应的幅值与相位。图（5-2）所示为一个闭环系统，设作为其开环传递函数。这个公式中表示向前环节，那么闭环传递函数能够表达为，根据控制理论基本原理能够得出，的零点也就是指闭环系统的特征根，而的极点也就是指开环系统的特征根。图5-2闭环系统传递函数框图针对一个系统，系统无论在开环还是闭环时，其特征根变化量很小，如果设开环特征根是，另外，闭环时特征根是，能够得出，计算，能够得出，也就是指零极点发生“相消”这一现象，但如果对系统开环或者闭环时其特征根变化量较大的特征根，通常零极点并不会发生“相消”现象。1.2基于自激频域辨识法的模型辨识通过公式（5-16）得出：（5-20）又通过对公式（3—20）分析，能够得出必要条件：（5-21）方法如下：通过公式（5-13）与公式（5-21），做变换后，能够得出系统传递函数：（5-22）使用精准的发电机模型，或是使用励磁系统等模型，公式（5-22）同样成立，但阶数会增加能够表现为以下形式：（5-23）通过分析公式（5-13）与公式（5-21）得出，当的频率与系统中某一振荡频率相等时，仅需幅值接近于0的转矩就能激起这一振荡频率发生大幅度响应，假设可以激起的振荡频率是，选择不同发电机当作“激励点”，这时认为：（5-24）那么，能够把写成：（5-25）令（5-26）同时进行拉氏反变换，能够得出：（5-27）据此能够得出系统状态空间其表达式为：（5-28）也就是（5-29）公式（5-29）是指由自激频域辨识法得出的状态空间方程，代表的是含有原系统主要模态和公式（3-1）中阵具有等价的对角阵；与代表的是与之对应的可观矩阵与可控矩阵。1.3基于几何测度指标的广域阻尼控制回路选取1.3.1几何可观性、可控性量化指标根据上章节所述，对于式(1.1)所示的状态方程，设新的状态变量，对系统相关特性进行分解，我们能够得到新的关系式：（5-30）其中，矩阵的模态矩阵对应的右特征向量对应的左特征向量则系统第个模态的可观性量化指标为：（5-31）可控性量化指标为：（5-32）式中—模值—欧几里得范数—矩阵的第行—矩阵的第列—输出相量与右特征向量的夹角—输入相量与左特征向量的夹角所以，能够根据以上关系式退出相关的综合几何侧度指标为：（5-33）1.3.2广域控制回路选取广域阻尼控制器设计的基础是对反馈信号和安装地点的选择，当然了，加之上面章节的情况分析，难度较大，所以，这里选取一种新的方法进行研究：可观性量化指标：（5-34）可控性量化指标：（5-35）综合指标：（5-36）式中—矩阵的第行—矩阵的第列—输出相量与矩阵特征根相应的的右特征向量的夹角—输入相量与相应的的左特征向量的夹角1.4交直流混联系统广域阻尼控制回路选取流程本文提出的基于自激频域辨识法的广域阻尼控制器反馈信号与安装地点的选择方法基本步骤如下：(1)选取组不同的反馈信号及安装地点形成方案，并在控制器开环运行的条件下，将系统运行至稳态，针对第组方案进行扰动测试，所加扰动不能破坏原系统的稳定，并记录输出响应数据(2)提取公共周期内和变化量数据和，分别进行离散傅立叶变换，得到对应于不同频率值的变化相量和，其中;图5-3程序实现流程图1.5仿真验证下面这个图，是14号机组的2#区域的拓扑图，能够清晰的看到，然后根据其特性，运用搭建相关详细模型，在此基础上进行仿真，设定参数是根据已有情况来设定的[44]。根据下面图所标注的，能够看出它的方向性，以及电源数目，具体铭牌依据设备决定。图5-4系统结构图对于图5-4所示系统，所加入的附加阻尼控制器采用单输入单输出超前-滞后补偿方式，并用特征根分析法进行整定。应用特征根分析法设计控制器时，对电力系统进行闭环可求出一对主导的共轭极点，该对共轭极点既可反映出系统的动态稳定性。利用参数和反映与期望主导共轭极点的系统性能指标要求。加入控制器后，对原系统的振荡模式进行校正，令加入控制器后的闭环系统的特征根或使系统实际的特征根与期望的主导极点接近。由以上分析可得，设计广域直流阻尼控制器的超前-滞后补偿环节的关键是求取从选取的控制变量到被控变量的开环传递函数。单输入-单输出的超前-滞后补偿直流阻尼控制器框图如图5-5所示。图5-5阻尼控制器框图基于上述分析，对图5-4所示仿真系统进行计算分析可得：应用自激频域辨识法，当系统间传输功率为时，求得的系统传递函数为：（5-37）其相应的幅频特性如图5-6所示：图5-6幅频特性对传递函数进行求解，求得相应的极点包括：，，。可以看出，是的一对主导极点，与之对应的系统振荡频率为，阻尼比为。按照上节所述计算步骤，同理，依据频域自激法，未加入控制器时，对传输功率、和三种运行方式下进行区域间振荡模式分析，所得数据见表1.1。表1.1开环方式下的区间振荡频率和阻尼比运行方式特征根频率阻尼比然后，按照3.5节中所述步骤，应用自激频域辨识法和几何测度指标对不同方案进行综合指标的计算并与留数指标进行对比，结果如表1.2表1.4所示。表1.2时指标数据备选输入信号几何测度指标留数指标与转速差交流端的联络线路功率交流端的联络线路电流幅值交流联络线路两端电压的相位差表1.3时指标数据备选输入信号几何测度指标留数指标与转速差交流端的联络线路功率交流端的联络线路电流幅值交流联络线路两端电压的相位差表1.4时指标数据备选输入信号几何测度指标留数指标与转速差交流端的联络线路功率交流端的联络线路电流幅值交流联络线路两端电压的相位差由表1.2表1.4所示，通过对比几何测度指标与留数指标，三种运行模式下最佳备选信号均为与转速差，两种方法结论相同，但是不同的是几何测度指标法可在同一基准级下进行不同类型反馈信号的比较和选取，而留数法在指标的幅值上则有较大差距，这就是几何测度指标相比于留数法的优势。由上述分析可知：(1)最佳反馈信号为与转速差；(2)交流联络线两侧电压相位差对应指标最小，不适合作为备选反馈信号；(3)控制器安装地点为直流侧主控制部分。基于上述分析，以安装地点为直流侧主控制部分，反馈信号选为与转速差为最佳方案。阻尼控制的目的即使是的特征值实部向负方向移动，以增强对振荡模式的阻尼控制，控制器的参数，此处采用补偿相位法进行计算。设对应模式进行补偿的广域阻尼控制器传递函数为：(5-38)基于留数法分析可知：（5-39）式中：是对应模式的留数指标，函数已经上述计算求得。对应模式需要补偿的相位如下：（5-40）由此，进一步计算可得:，，限幅环节为。前面给的各种方程式，都是为了得到我们预期的实验结果、实验目的，我们这里采用自激相关算法，进行优化后又一次进行仿真计算，那么此时，相关参数可以得出：，通过上面方程式可以知道，额外的装置