基于扰动观测器的电力系统鲁棒滑模控制器设计

发布时间：2021-07-07 09:35

　　针对多机电力系统中的励磁系统,设计一种基于扰动观测器的滑模控制（PerturbationObserverbased Sliding-mode Control, POSMC）以提高系统稳定性。首先,将系统的非线性、参数不确定性、未建模动态和外部时变扰动聚合为一个扰动,同时由一个滑模状态扰动观测器（Sliding-mode State and Perturbation Observer, SMSPO）对该扰动进行实时快速估计。随后,通过滑模控制器对该扰动估计进行在线完全补偿以实现全局一致的控制能力。POSMC具备结构简单、可靠性高、不依赖系统精确模型以及仅需测量发电机功角一个状态量等优点。最后,基于机械功率阶跃变化、三相短路以及发电机参数不确定性三个算例验证了POSMC的有效性和鲁棒性,其能在各种工况下实现最佳的动态性能,有利于电力系统发生故障后恢复稳定运行。 

【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(20)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

发电机励磁系统的POSMC整体框架

0.5s时发生0.2p.u.的阶跃增长，并在0.7s时重回额定值。各控制器的动态响应如图3所示，可见POSMC能够以最快的速率抑制该振荡，同时在其控制下明显地抑制了故障引起的振荡。此外，采用饱和函数减小了滑模控制中存在的抖振现象，使得控制输入ufd3更加平稳。值得注意的是，POSMC机端电压Vt3的振荡幅度虽大于其他控制器，但拥有最快的收敛速度。另外，PID控制的参数主要来源于非线性系统在某一运行点处的线性化方程，当运行点短时间内频繁发生变化时其控制性能自然会有所下降。图2三机电力系统结构示意图Fig.2Configurationofthethree-machinepowersystem

-128-电力系统保护与控制表1POSMC参数Table1ParametersofPOSMC控制器参数b0i=-8ρi1=64ρi2=16ρi3=1ζi=10φi=10εci=0.1观测器参数αi1=1.2×103αi2=5.4×105αi3=1.08×108εoi=0.1ki1=10ki2=6×103ki3=1.2×106αi4=8.1×109ki4=8×107图3阶跃机械功率下的系统响应Fig.3Systemresponsesobtainedunderthemechanicalpowervariations4.2三相短路为验证系统故障情况下POSMC的有效性，取如下系统故障：t=0.5s时，4号母线与5号母线之间的输电线发生三相短路，短路点如图2所示，t=0.6s时线路跳闸，t=1.1s时自动重合闸装置启动。其仿真结果如图4所示，可发现POSMC能够以最快的速率最有效地恢复因故障引起的电力系统振荡。另外，故障期间SMSPO1的状态和扰动估计误差如图5所示，可见SMSPO对于跟踪扰动估计具有较快的速率和良好的准确性。

【参考文献】：
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本文编号：3269393