專利名稱：動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力供電系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，具體為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在鋼鐵、冶金等工業(yè)電力系統(tǒng)中，由于負(fù)荷的變化而需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，目前常用的控制方法是利用PID控制算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，由于負(fù)荷的變化導(dǎo)致控制系統(tǒng)在PID參數(shù)整定方面較為復(fù)雜。工程實(shí)際中應(yīng)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置通常采用功率因數(shù)控制、電壓控制、無(wú)功功率控制等幾種形式的控制策略，這些控制策略有一個(gè)共同點(diǎn)就是通過調(diào)整晶閘管控制角來(lái)調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出的無(wú)功功率，通過分析可以發(fā)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償裝置在母線電壓一定的情況下，輸出的無(wú)功功率與晶閘管控制角之間對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系保持不變。為了在工程應(yīng)用中減少現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試，可以將無(wú)功功率與晶閘管之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系設(shè)計(jì)成一個(gè)穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)采用電壓、功率因數(shù)等不同的控制方式時(shí)，只需要調(diào)整外環(huán)控制器參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器及其設(shè)計(jì)方法，保證系統(tǒng)具有最優(yōu)控制性能。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法，其特征在于:它包括以下步驟:S1、采樣無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出的無(wú)功功率Q和晶閘管放大系數(shù)U，選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置模型階次n，利用模型辨識(shí)算法獲得無(wú)功補(bǔ)償裝置傳遞函數(shù)；
`
S2、按照控制系統(tǒng)理論能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)型的形式，根據(jù)步驟SI獲得的無(wú)功補(bǔ)償裝置傳遞函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程系數(shù)矩陣A、B、C，則無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程表示為*(,) = ▲(,) +方"(,)，Q (t) = Cx(t)，其中x(t)為t時(shí)刻測(cè)量的系統(tǒng)狀態(tài)變量值小)表示x(t)的微分，u(t)為t時(shí)刻晶閘管放大系數(shù)值，Q(t)為t時(shí)刻無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出的無(wú)功功率；S3、建立優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)/ = |(ZNx+uTRu)dt，其中N為系統(tǒng)狀態(tài)能量的偏重矩陣，
D
R為系統(tǒng)控制能量的偏重矩陣，且N為ηXη正定對(duì)稱矩陣，R為大于零的實(shí)數(shù)，χ為系統(tǒng)狀態(tài)變量，上標(biāo)“Τ”表示矩陣的轉(zhuǎn)置運(yùn)算；所述的N和R均按照經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際的動(dòng)靜態(tài)需要設(shè)定；S4、求解黎卡提方程ATp+PA-PBR-fP+N = O,獲得正定對(duì)稱矩陣P ；S5、計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器增益矩陣K = R-1BtP ；S6、令無(wú)功補(bǔ)償裝置給定無(wú)功功率為r，則無(wú)功補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)輸入晶閘管放大系數(shù)u為:u = K(l)r-Kx(t),其中K(I)為增益矩陣K的第一個(gè)元素。按上述方案，還包括步驟S7、對(duì)N和R進(jìn)行不斷的嘗試取值，通過比較不同取值下獲得的無(wú)功功率跟蹤響應(yīng)曲線，來(lái)確定N和R的優(yōu)選值。一種基于上述動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器，其特征在于:它包括:無(wú)功補(bǔ)償裝置模型，用于采樣無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出的無(wú)功功率Q和晶閘管放大系數(shù)U，選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置模型階次n，利用模型辨識(shí)算法獲得無(wú)功補(bǔ)償裝置傳遞函數(shù)；無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間模型，用于按照控制系統(tǒng)理論能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)型的形式，根據(jù)無(wú)功補(bǔ)償裝置傳遞函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程系數(shù)矩陣A、B、C，則無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程表示為) = ^(0 + Bn ( /)，Q (t) = Cx (t)，其中χ (t)為t時(shí)刻測(cè)量的系統(tǒng)狀態(tài)變量值，表示x(t)的微分，u(t)為t時(shí)刻晶閘管放大系數(shù)值，Q(t)為t時(shí)刻無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出的無(wú)功功率；優(yōu)化指標(biāo)裝置，用于建立優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法，其特征在于:它包括以下步驟: 51、采樣無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出的無(wú)功功率Q和晶閘管放大系數(shù)U，選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置模型階次n，利用模型辨識(shí)算法獲得無(wú)功補(bǔ)償裝置傳遞函數(shù)； 52、按照控制系統(tǒng)理論能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)型的形式，根據(jù)步驟SI獲得的無(wú)功補(bǔ)償裝置傳遞函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程系數(shù)矩陣A、B、C，則無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程表示為印+= Cx(t)，其中x(t)為t時(shí)刻測(cè)量的系統(tǒng)狀態(tài)變量值，.>ψ)表示x(t)的微分，u(t)為t時(shí)刻晶閘管放大系數(shù)值，Q(t)為t時(shí)刻無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出的無(wú)功功率； 53、建立優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法，其特征在于:還包括步驟S7、對(duì)N和R進(jìn)行不斷的嘗試取值，通過比較不同取值下獲得的無(wú)功功率跟蹤響應(yīng)曲線，來(lái)確定N和R的優(yōu)選值。
3.一種基于權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器，其特征在于:它包括: 無(wú)功補(bǔ)償裝置模型，用于采樣無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出的無(wú)功功率Q和晶閘管放大系數(shù)u，選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置模型階次n，利用模型辨識(shí)算法獲得無(wú)功補(bǔ)償裝置傳遞函數(shù)； 無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間模型，用于按照控制系統(tǒng)理論能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)型的形式，根據(jù)無(wú)功補(bǔ)償裝置傳遞函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程系數(shù)矩陣A、B、C，則無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程表示力中
全文摘要
本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟采樣無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出的無(wú)功功率和晶閘管放大系數(shù)，利用模型辨識(shí)算法獲得無(wú)功補(bǔ)償裝置傳遞函數(shù)；按照控制系統(tǒng)理論能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)型的形式，設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程；建立優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)；求解黎卡提方程；計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器增益矩陣；獲得無(wú)功補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)輸入晶閘管放大系數(shù)。利用本發(fā)明方法可以按照設(shè)計(jì)者要求的動(dòng)靜態(tài)性能，通過求解黎卡提方程即可獲得最優(yōu)的控制器參數(shù)，保證系統(tǒng)具有最優(yōu)控制性能；并且還能利用最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器的作用實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率輸出跟蹤控制，具有非常優(yōu)異的系統(tǒng)性能。
文檔編號(hào)H02J3/18GK103199546SQ20131010612
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者張華軍, 謝德華 申請(qǐng)人:中冶南方工程技術(shù)有限公司