電力系統廣域阻尼控制用的延時處理和補償系統的製作方法

2024-02-10 04:29:15 1

i皿可取510HZ。測量得到的穩態輸出信號y為_y=4sin(<^+p2)則對應頻率w的被控系統幅頻響應為ZG(w)=201g(V4)相頻響應為(2)可取02;r間的任意(3)(4)步驟2.設計移相補償環節參數控制迴路引入延時後，延時會在低頻振蕩頻率處產生一個滯後的相位，該相位大小為-叫r。其中，叫為設定的目標極點A的虛部，r為控制迴路總延時的大小。為使得延時的存在不影響廣域阻尼控制器的阻尼性能，在傳統的結構上增加一個延時補償控制環節，其傳遞函數如下所示1+A(6)該控制環節的相位特性和幅頻特性應該滿足:81^cC/叫)卜l，arg(/^,(/叫))二6y(7)設計該環節的參數如下，可以滿足要求，其中"是中間變量^/^時，延時的引入引起了系統的不穩定。為解決延時引入後引起的系統不穩定問題，本發明中採用的方法，是在原有的控制環節上串聯增加帶通濾波器，在不影響廣域阻尼控制器的阻尼性能的基礎上，通過降低開環系統的幅值穿越頻率，來提高時滯系統的穩定裕量。濾波器的傳遞函數為-W/為濾波器的通帶中心頻率，g為濾波器的品質因素。為保持控制器的阻尼效果，不改變控制器在設定極點;i。的幅值和相位特性，要求濾波器滿足|//,(;10)|=1，arg(//,(A0))=o(12)在實際工程中，近似可取IZ/,0。)卜1，arg(/Z,O。》-0(13)推導可得，=叫，j=l/g0(14)即濾波器的通頻帶中心設在阻尼的目標低頻振蕩頻率點叫。設引入濾波器的目的是將系統的相角裕量從^提高到k'，^'可設置為70°~150°。則引入濾波器後的開環系統幅值穿越頻率化'滿足S180。+pGOc')+%Oc')+a)+p,Oc')-tV(15)由於該帶通濾波器產生的滯后角度最大為-90°，因此滿足式(16)的化'必然滿足式(15):、'=90°+%)+%)+^)-(16)根據被控系統的相頻響應特性、//。("和i^("的相頻響應特性、延時的大小以及對相位裕量的要求，可以圖解得到滿足式(16)的幅值穿越頻率化'。根據化'，可以通過下面的方程得到濾波器在頻率化'的幅頻響應特性丄/(化')=-(丄G)+丄0(W/)+Zc.O;))(17)通過解下列方程，可以得到濾波器的品質因素^:叫<20lg",化')(18)帶通濾波器的三個參數^^、g、^都設計完成。實施例中國南方電網高肇直流廣域阻尼控制在中國南方電網高肇直流實施廣域阻尼附加控制，目的是為了抑制南方電網中存在的雲南和貴州區間低頻振蕩。反饋信號選取的是雲南和貴州的母線頻差信號。如果不考慮延時，所設計的阻尼控制器是簡單的比例環節。控制迴路延時的總大小是60ms。由於系統存在0.55HZ的低頻振蕩，阻尼比小於3%。廣域阻尼控制的目標是將該低頻振蕩模式左移到設定的目標極點;i。=0.21+^3.46，新極點的阻尼比大於5%，虛部對應的振蕩頻率約等於原系統低頻振蕩頻率。不考慮延時，阻尼控制器的反饋係數為5時，廣域阻尼控制器能達到控制的目標。但是當比例係數為5時，此時延時影響了系統的穩定性，系統產生高頻振蕩，如圖4所示。因此，不考慮延時的阻尼控制器設計可能導致系統不穩定。下面應用本發明的設計方法，給原有的阻尼控制器增加延時處理和補償的環節。步驟l:實測被控電力系統頻率響應4為輸入信號幅值取值為標么值％。Aw—般取為0.628弧度，對應0.1HZ。仍取為0。wmm取0.2HZ，w匪取6HZ實測數據如表1所示。畫出被控電力系統的頻率響應如圖5所示。步驟2:設計移相補償環節參數將r二0.06s，叫=3.46弧度代入公式(8)，可以計算得到T^O.356,T2=0.234，K=0.811。步驟3:由圖6可知，無帶通濾波器環節時，系統的穩定裕度為-35度，閉環系統不穩定。設定要求的穩定裕度<=100°。由(16)式，可以圖解得到^^0.65HZ。將^'代入(17)式，得到-10.2DB。將結果代入(18)式，得到(^=4。再由(14)式，得至ljcy,=3.46，A=0.0723。加入濾波器後，系統總的開環頻率響應如圖7所示。此時系統的相位裕度由從-35度提高到了130度，系統穩定。此時廣域阻尼控制器可以允許的控制迴路總的延時大小為550ms。圖8為採用本發明的延時處理和補償方法後的控制效果，高頻振蕩現象明顯得到消除。本發明的延時處理和補償方法在原廣域阻尼控制器中實現，串聯增加在原比例控制器上，並沒有增加相應硬體。表l:實測被控電力系統開環頻率響應數據tableseeoriginaldocumentpage12權利要求1、電力系統廣域阻尼控制用的延時處理與補償系統，包含與所述延時處理無涉的廣域阻尼控制器和電力系統，其特徵在於還含有所述與延時處理無涉的廣域阻尼控制器輸出信號的延時電路，移相補償電路，帶通濾波器和所述電力系統輸出的反饋信號的延時電路，其中電力系統，實測得到的頻率響應為幅頻響應LG(ω)＝20lg(A2/A1)，相頻響應其中A1，A2分別為輸入信號和輸出信號的幅值，分別為輸入信號和輸出信號的初始相位，ω為實測頻率；移相補償電路，移相補償環節輸出端與所述延時處理方法的廣域阻尼控制器的控制環節輸入端相連，改移相補償電路的傳遞函數Hc(s)為在設定的廣域阻尼控制的目標是把複平面上對應弱阻尼低頻振蕩模式的極點λ左移到新的位置λ0，其中λ0＝σ0+jω0，σ0和ω0分別為設定的目標極點的實部與虛部，ω0是理論的目標低頻振蕩頻率點，均為設定值，則其中，T2＝αT，τ為所述系統總延時，即τ＝τ1+τ2，τ1為反饋信號的延時，τ2為所述與延時處理無涉的廣域阻尼控制器輸出的控制環節輸出的延時，τ1、τ2均為設定值；帶通濾波器，輸出端與所述的移相補償電路的已帶通濾波的信號的輸入端相連，所述帶通濾波器的傳遞函數為其中，ωf為該帶通濾波器的通帶中心頻率，設在所述阻尼的目標低頻振蕩頻率點ω0，Q為該帶通濾波器的品質因素，按以下步驟得出步驟(1)，按下式計算引入所述帶通濾波器後的開環系統幅值穿越頻率ωc′其中γτ′為引入帶通濾波器後的所述系統的相角裕量，取值範圍為70°～150°，為所述與延時無涉的廣域阻尼控制器的對數相頻響應，已知值，當ω＝ωc′時，為移相補償電路的對數相頻響應，已知值，當ω＝ωc′時，步驟(2)，按下式計算該帶通濾波器在頻率ωc′的對數幅頻響應的值Lf(ωc′)Lf(ωc′)＝-(LG(ωc′)+L0(ωc′)+Lc(ωc′))其中，L0(ωc′)是所述與延時無涉的廣域阻尼控制器對數幅頻特性L0(ω)在ω＝ωc′時的值，L0(ω)＝20lg(H0(jω))，Lc(ωc′)是所述移相補償電路的對數幅頻特性在ω＝ωc′時的值，Lc(ω)＝20lg(Hc(jω))；步驟(3)，按下式計算所述帶通濾波器的品質因素QA是所述帶通濾波器的比例係數，A＝1/Qω0；反饋信號的延時電路輸出端與所述帶通濾波器的信號輸入端相連，而所述電力系統的反饋信號輸出端與所述反饋信號延時電路的信號輸入端相連，該反饋信號延時電路的傳遞函數用表示；所述與延時處理無涉的廣域阻尼控制器輸出信號的延時電路，輸入端與該控制器的信號輸出端相連，而輸出端的已經過延時的控制信號被送入到達電力系統，該控制信號的延時電路的傳遞函數為2.根據權利要求，所述的電力系統廣域阻尼控制用的延時處理與補償系統，其特徵在於，在實測所述電力系統的頻率響應時輸入信號的幅值A，為標么值的1%~3%，初始相位^=0，頻率w的取值間隔為0.628弧度，對應0.1HZ，w,取值為0.1HZ0.3HZ，《max取值在5HZ10HZ之間。全文摘要電力系統廣域阻尼控制用的延時處理與補償系統屬於電力系統穩定與控制
技術領域：
，其特徵在於，由依次閉環串聯的被控電力系統、電力系統反饋信號延時電路、帶通濾波器、移相補償器、與延時無涉的廣域阻尼控制器以及控制輸出信號延時電路組成，其中，在設定的廣域阻尼控制的目標是把複平面上對應弱阻尼低頻振蕩模式的極點左移到λ0＝σ0+jω0條件下，根據實測的電力系統的頻率響應，用一個移相環節電路來抵消由於控制電路延時而在低頻振蕩點處產生的滯後相位，用一個帶通濾波器來提高系統的相位裕度，以彌補由於延時引起的相移而喪失的相位裕度，以避免系統失去穩定。本發明使得廣域阻尼控制器在控制迴路總延時的大小為0ms～600ms時仍能保持系統穩定，而且阻尼效果與無延時的相同。文檔編號H02J3/24GK101465550SQ20071030375公開日2009年6月24日申請日期2007年12月21日優先權日2007年12月21日發明者吳京濤,吳小辰,鵬李,石景海,炯胡,賀靜波,超陸申請人:清華大學;北京四方繼保自動化股份有限公司;南方電網技術研究中心