发电机滑模励磁控制器设计

【摘 要】本文结合了自适应逆推法与L2增益干扰抑制以及Terminal滑模控制，首先将控制器的推理与设计的整个过程加以给出，然后对2区域4机系统加以仿真，并深入分析了其仿真结果，结果表明Terminal滑模励磁控制器具备较好的性能，它不仅使得功率振荡能够得到快速抑制，并使得电力系统其暂态稳定性得以提高，而且使得机端电压得以恒定。

【关键词】自适应逆推法 Terminal滑模控制 电力系统

本文结合了自适应逆推法与L2增益干扰抑制以及Terminal滑模控制，以便使得控制效果最佳，并将它求出。新的控制方法能够镇定非线性系统，尽管非线性系统包含了不确定参数并且受外扰动的影响。在发电机励磁控制器中应用此控制方法，并且将COI信号的跟踪加以实现。

1 数学模型

在发电机其机械功率不变的前提下，采用快速励磁，也就是说将励磁机本身的动态加以忽略，则可以得到电力系统的状态方程：

其中分别为不确定项，包括建模不精确与外扰动部分；为阻尼系数，也是不确定的参数；为发电机的功角；为发电机转子的角速度；为额定角速度，取；为惯性时间常数；为机械功率，假定是不变动的；为励磁电压，即设计后的控制量。

COI信号被定义为：

2 控制器设计

考虑到模型中含有不确定参数以及外扰动的三阶不确定性系统，即：

其中，和是输入和输出的控制量，为一个有界限的不确定扰动，是不确定参数，对应着已知函数。在整个控制系统之中，L2增益干扰抑制，它的控制目标为寻找到一个合适的输入量，使得在给定的正常数的条件下，能够有：

3 数值仿真

在本文中主要采用两区域四机系统，如图1。发电机使用的模型为六阶模型，负荷采用恒定功率模型。由于仿真还受控制器自身限幅的影响，因此也考虑了这方面的因素。

试验测试时间为t=0.1s时，第7节点与第8节点间与第7节点近侧出现三相接地短路，时间t=0.2s时，在线路故障被排除后，进行仿真，其结果如图2。通过对图1中的发电机功角波形的分析可以得出，上述的控制策略能够让功角更迅速的稳定，超调量也会更加小些；在电压控制上，逆推励磁控制下的机端电压大多数时间会低于额定值，但上述的控制器能够让机端电压快速恢复到额定值。

（a）发电机G1与G4功角差 （b）发电机G2与G4功角差

COI信号要利用广域测量系统得到，通常来讲，信号时滞要达到几百毫秒。图3表示的是G1和G4的功角差受COI信号时滞的影响（第1、2、3曲线分别对应的时滞为200ms、300ms和500ms）。通过图3可以看出，当信号的时滞不大于300ms，系统稳定控制就不会受到时滞太大的影响，且本文的控制方法仍占有一定优势。当信号的时滞大于500ms，功角将趋于震荡或者发散。因此，可接受的时滞的取值范围大约为300～500ms。

（a）逆推法 （b）本文方法

4 结语

本文将L2增益干扰抑制、自适应逆推法和Terminal滑模控制相组合，提出了基于自适应鲁棒的Terminal滑模控制方法，并将其成功的应用到发电机的励磁控制器研发中。

参考文献：

[1] 王晓东，张俊岭，王刚.电力系统励磁控制器设计[J].科技致富向导，2014（10）.

[2] 蔡超豪.非线性H∞励磁控制器的设计[J].东北电力大学学报，2010（03）.