專利名稱：動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次高斯控制器及其設(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)，具體涉及一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次高斯控制器及其設(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)行雙閉環(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)就是控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)通過(guò)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(guò)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(wèn)題是:提供一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次高斯控制器及其設(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(wèn)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)二次高斯控制器設(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)償裝置晶閘管控制角u作為輸入量，采樣無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)功功率y作為輸出量，選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置模型階次n，利用模型辨識(shí)算法根據(jù)輸入、輸出數(shù)據(jù)獲得無(wú) fx(^) = Ax(J) + Bu(J) + B ,”.(/)
功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程，具體模型描述為j y{/) = Cx(l) +V(i) 其中x(t)為
測(cè)量得到的t時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)變量值彳⑴表示x(t)的微分，w(t)為過(guò)程隨機(jī)噪聲，v(t)為測(cè)量隨機(jī)噪聲，U(t)為t時(shí)刻晶閘管控制角，y (t)為t時(shí)刻無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)功功率，A、B、C、BU為系數(shù)矩陣，且A為nXn矩陣，B為nX I矩陣，C為IXn矩陣，Bu為nXl矩陣，w(t)為I X I矩陣；S2、根據(jù)步驟SI獲得的無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器，利用卡爾曼濾波器得到無(wú)功補(bǔ)償裝置狀態(tài)變量估計(jì)值對(duì)0 ，S3、建立優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)/ = jNir-yj + ifl^dl，其中r為給定無(wú)功功率，
a
N為系統(tǒng)狀態(tài)能量的偏重矩陣，R為系統(tǒng)控制能量的偏重矩陣，且N為大于零的實(shí)數(shù)，R為大于零的實(shí)數(shù)，上標(biāo)T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AWPA-PBR-1BtP+^ = 0，獲得正定對(duì)稱矩陣P ;并根據(jù)正定對(duì)稱矩陣P計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次高斯控制器增益矩陣K = IT1BtP ;計(jì)算無(wú)功功率給定增益矩陣 G = R^1Bt [PBR-1Bt-AtJ-1CtN ；S5、構(gòu)建無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次高斯控制器，獲得晶閘管控制角的輸入:
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次高斯控制器設(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)償裝置晶閘管控制角U作為輸入量，采樣無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)功功率y作為輸出量，選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置模型階次n，利用模型辨識(shí)算法根據(jù)輸入、輸出數(shù)據(jù)獲得無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程，具體模型描述為
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)二次高斯控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于:還包括步驟S6、對(duì)N和R進(jìn)行不斷的嘗試取值，通過(guò)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)二次高斯控制器設(shè)計(jì)方法的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次高斯控制器，其特征在于:它包括: 無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間模型，用于采樣無(wú)功補(bǔ)償裝置晶閘管控制角u作為輸入量，采樣無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)功功率y作為輸出量，選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置模型階次n，利用模型辨識(shí)算法根據(jù)輸入、輸出數(shù)據(jù)獲得無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程，具體模型描述為
全文摘要
本發(fā)明提供動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次高斯控制器設(shè)計(jì)方法，采樣無(wú)功補(bǔ)償裝置晶閘管控制角作為輸入量，采樣無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)功功率作為輸出量，選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置模型階次，利用模型辨識(shí)算法根據(jù)輸入、輸出數(shù)據(jù)獲得無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程；根據(jù)獲得的無(wú)功補(bǔ)償裝置連續(xù)時(shí)間狀態(tài)方程設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器，利用卡爾曼濾波器得到無(wú)功補(bǔ)償裝置狀態(tài)變量估計(jì)值；建立優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)，按照經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際的動(dòng)靜態(tài)需要設(shè)定狀態(tài)能量的偏重矩陣和控制能量的偏重矩陣；求解黎卡提方程獲得正定對(duì)稱矩陣；并根據(jù)正定對(duì)稱矩陣計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次高斯控制器增益矩陣；計(jì)算無(wú)功功率給定增益矩陣；構(gòu)建無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)二次高斯控制器，獲得晶閘管控制角的輸入。
文檔編號(hào)H02J3/18GK103199545SQ20131010483
公開(kāi)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