基于約束非線性規(guī)劃的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

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1、第27卷第5期電力自動(dòng)化設(shè)備Vol.27No.52007年5月ElectricPowerAutomationEquipmentMay2007基于約束非線性規(guī)劃的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化王楊正,蔣平(東南大學(xué)電氣工程學(xué)院,江蘇南京210096)摘要:對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)模型進(jìn)行了研究,提出了一種新的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化方法。為了使勵(lì)磁系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)的要求,實(shí)現(xiàn)最佳控制,采用了各種不同的控制目標(biāo)準(zhǔn)則。基于不同控制目標(biāo)準(zhǔn)則得出勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化模型,參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)是含多變量的復(fù)雜的非線性函數(shù),且含有不等式約束。引入懲罰項(xiàng)將含約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題,然后采用單純形替換法求出可變參數(shù)全局最優(yōu)解。以IEEEAC2

2、型勵(lì)磁系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模型為例,基于6種不同控制目標(biāo)準(zhǔn)則,采用約束多變量非線性規(guī)劃方法,通過(guò)程序設(shè)計(jì)與模型仿真相結(jié)合對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)小偏差信號(hào)作用下的勵(lì)磁系統(tǒng)各種暫態(tài)響應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行比較分析,結(jié)果表明所提出的基于約束非線性規(guī)劃的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的方法是有效、可行的。關(guān)鍵詞:勵(lì)磁系統(tǒng);參數(shù)優(yōu)化;約束非線性規(guī)劃;目標(biāo)準(zhǔn)則中圖分類(lèi)號(hào):TM761+.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-6047(2007)05-0065-04勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置對(duì)控制性能的好壞具有至關(guān)ΔTe=K1Δδ+K2Δψfd(1)重要的作用,優(yōu)化的參數(shù)能夠提高勵(lì)磁系統(tǒng)性能,從K3Δψfd=(ΔEfd-K4Δδ)(2)而提高電力系統(tǒng)穩(wěn)

3、定性[1-9]。1+sτ3現(xiàn)采用約束非線性規(guī)劃方法對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)ΔEt=K5Δδ+K6Δψfd(3)行優(yōu)化,并對(duì)不同控制目標(biāo)準(zhǔn)則所得控制效果進(jìn)行Δωr=1(Tm-Te-KdΔωr)(4)2τHs比較,得出最優(yōu)控制準(zhǔn)則。階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)分Δδ=ω0Δωr/s(5)析結(jié)果表明,所提出的基于約束非線性規(guī)劃方法適式中Te為電磁轉(zhuǎn)矩;δ為功角;ψfd為勵(lì)磁磁鏈;Efd用于勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。為勵(lì)磁電壓;ωr為角速度;τH為發(fā)電機(jī)慣性時(shí)間1勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化常數(shù);τ3為勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù);Tm為機(jī)械轉(zhuǎn)矩;Kd為阻尼系數(shù);ω0為額定角速度;K1～K6為系數(shù)。1.1勵(lì)磁系統(tǒng)模型計(jì)及自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路

4、的電為了滿足勵(lì)磁系統(tǒng)和電力系統(tǒng)研究的需要,通磁暫態(tài)過(guò)程,小擾動(dòng)下勵(lì)磁系統(tǒng)回路的方程可表示為[4]常建立勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型來(lái)研究有關(guān)參數(shù)的作用。ΔIfd=K7Δδ+K8ΔEq′(6)1981年IEEE公布的勵(lì)磁系統(tǒng)模型有DC1、DC2、1ΔUf=ΔUt(7)AC1、AC2、ST1、ST2型。這里以AC2型(高起始無(wú)1+sτR刷勵(lì)磁系統(tǒng)模型,如圖1所示)為標(biāo)準(zhǔn)模型,類(lèi)似于K7=K4/Xad,K8=1/(K3Xad)文獻(xiàn)[4],由于所進(jìn)行的是小偏差信號(hào)分析,認(rèn)為系式中Ifd為勵(lì)磁電流;Eq′為q軸瞬變電動(dòng)勢(shì);Uf為統(tǒng)在受小干擾時(shí)不會(huì)引起限幅環(huán)節(jié)作用。計(jì)及勵(lì)磁反饋電壓;τR為時(shí)間常數(shù);Xad為d軸電樞反

5、應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)時(shí),單機(jī)無(wú)窮大母線系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)模型包電抗;K7、K8為系數(shù)。括轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程和計(jì)及勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用后的電動(dòng)由以上方程可得勵(lì)磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)及接口數(shù)學(xué)勢(shì)變化方程如下[10]模型,從而建立單機(jī)無(wú)窮大母線系統(tǒng)勵(lì)磁控制模型。:UsUamaxUrmax-KxUfeUerr++1+τcsKa++1EfdLVGATEKb1+τbs1+τas-τes--UUUUrmin-KxUfe0F=F(I)fUaminHL-exNKlUeINUlr+Ufe+K+SKcIfdKeeIN=HU+eKfs1+τfsKdIfd圖1IEEEAC2標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁模型Fig.1IEEEAC2excitationsystemstanda

6、rdmodel收稿日期:2006-10-16;修回日期:2007-01-10電力自動(dòng)化設(shè)備第27卷1.2控制目標(biāo)準(zhǔn)則不得超過(guò)額定電壓的15%,電壓擺動(dòng)次數(shù)不超過(guò)3為了使勵(lì)磁系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)的要求,實(shí)現(xiàn)最次,調(diào)節(jié)時(shí)間不超過(guò)10s。在空載額定電壓情況下,佳控制,采用基于輸入與輸出的誤差函數(shù)的積分(即當(dāng)發(fā)電機(jī)給定階躍為±10%時(shí),發(fā)電機(jī)電壓超調(diào)量應(yīng)目標(biāo)函數(shù))為最小的控制準(zhǔn)則。目標(biāo)函數(shù)是勵(lì)磁系不大于階躍量的50%,擺動(dòng)次數(shù)不超過(guò)3次,調(diào)節(jié)統(tǒng)結(jié)構(gòu)固有參數(shù)的函數(shù),隨著參數(shù)的變化而變化。時(shí)間不超過(guò)10s?！背Ｓ玫哪繕?biāo)函數(shù)有6種。由以上分析,勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化模型為a.誤差絕對(duì)值積分IAE(IntegralAb

7、soluteminJ=minJ(Kf,τf)Error)準(zhǔn)則。s.t.Kfmin≤Kf≤Kfmax(8)tsτ≤τ≤τ(9)fminffmaxJ=!e(t)dt0Ut(t)