一种基于静态H∞回路成形法的多通道鲁棒阻尼控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于静态H∞回路成形法的多通道鲁棒阻尼控制方法，通过附加鲁棒阻尼控制器来同时抑制次同步振荡和低频振荡，通过求解线性矩阵不等式直接求解出控制器，采用总体最小二乘旋转不变技术辨识出系统振荡模态及降阶模型，利用巴特沃兹带通滤波器将系统不同振荡模态分解为多个通道，根据静态H∞回路成形法针对不同的通道设计鲁棒阻尼控制器，降低控制器间相互影响。与传统的比例‑积分‑微分（PID）控制器相比结果表明，本发明专利技术具有更好的控制效果，能同时抑制次同步振荡和低频振荡，具有较好的鲁棒性；同时所设计的控制器阶数较低，采用输出反馈，便于工程实践，且具有计算量较小，算法复杂度较低等特点。

A multi channel robust damping control method based on static H loop shaping method

The invention discloses a multi-channel based robust damping control method of static H H-infinity loop shaping method, the additional robust damping controller to suppress subsynchronous oscillation and low frequency oscillation, by solving linear matrix inequalities solved directly, using the overall minimum two by rotational invariance techniques to identify the system oscillation mode and the reduced order model. The use of Butterworth band-pass filter system for different oscillation modes into multiple channels, according to the static H robust loop shaping method for robust damping controller design of different channels, reduce the interaction between controllers. With traditional proportional integral differential (PID) controller is compared. The results show that the method has better control effect, can simultaneously suppress subsynchronous oscillation and low frequency oscillation, has good robustness; the order of the controller and the design is low, the output feedback, in engineering practice, and has less computation the complexity of the algorithm is low.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高压直流输电
，具体为一种基于静态H∞回路成形法的多通道鲁棒阻尼控制方法。
技术介绍
在智能互动电网的大发展趋势下，交直流并存已成为电网发展的必然趋势。目前，向上、锦苏、浙西直流送端均位于四川电网，形成了电力系统送端多直流落点局面，极有可能形成孤岛运行方式。在孤岛运行方式下，四川电网面临的次同步振荡风险和低频振荡风险增大。当控制不当或者两种不同性质的振荡相互作用时，甚至可能造成孤岛系统的崩溃(胡云花，赵书强，马燕峰，等.电力系统低频振荡和次同步振荡统一模型阻尼分析[J].电力自动化设备，2005，25(7)：6-11.)。在抑制系统频率振荡措施中，高压直流(HighVoltageDirectCurrent，HVDC)附加控制因其对直流输送功率的快速调节得到越来越广泛的应用。但在对控制器参数整定中，很多文献大多以试凑法或根据经验整定，具有一定的盲目性，易出现整定不准确，控制效果不理想等问题；且控制器环节由多个模块组成，各模块之间相互影响，存在控制误差增大的问题。在众多附加阻尼控制器的设计方法中，鲁棒控制理论由于其优越的鲁棒性能以及良好的控制性能脱颖而出，受到广大学者们的青睐(李保宏，张英敏，李兴源，等.多通道高压直流附加鲁棒控制器设计[J].电网技术，2014，38(4)：858-864.)，但是目前的鲁棒阻尼控制器的研究中普遍存在控制器阶数过高的问题，特别是在系统规模较大的情况下，即使采用降阶技术后仍存在较高的阶数，给工程实践带来了一定的困难，因此对设计低阶鲁棒阻尼控制器的方法的研究具有重要意义。
技术实现思路
针对上述问题，本明的目的在于提供一种能同时抑制次同步振荡和低频振荡，且控制器阶数较低，计算量较小，算法复杂度较低的基于静态H∞回路成形法的多通道鲁棒阻尼控制方法。技术方案如下：一种基于静态H∞回路成形法的多通道鲁棒阻尼控制方法，包括以下步骤：步骤1：采用TLS-ESPRIT算法对系统振荡特性进行分析，辨识出系统存在的次同步振荡模态和低频振荡模态；步骤2：采用巴特沃兹带通滤波器将不同类型的振荡模态分离出，再次采用TLS-ESPRIT算法对所有振荡模态的模型进行辨识，得到所有振荡模态的降阶模型；步骤3：将步骤2中采用巴特沃兹带通滤波器分离出的不同的振荡模态分解到不同的通道，以抑制振荡模式间的相互影响；步骤4：分别设计出各个通道的鲁棒阻尼控制器：采用静态H∞回路成形法，选取权函数对系统模型进行回路成形，通过线性矩阵不等式将系统外界干扰到评价输出间传递函数矩阵的无穷范数最小化，解出鲁棒镇定控制器，再结合解出的鲁棒镇定控制器及选取的权函数得到最终的鲁棒控制器；步骤5：通过各个通道的鲁棒阻尼控制器对不同的振荡模式提供阻尼，实现对次同步振荡和低频振荡的同时抑制。进一步的，所述静态H∞回路成形法具体为按照实际性能要求选择权函数W1和W2对系统进行正规互质因子回路成形：设系统G成形后的状态空间实现为求解以下线性矩阵不等式：其中，矩阵ψ、φ分别为：其中，I为单元矩阵，nu、ny分别为系统输入和输出的个数；未知参数γ、矩阵R根据以下的线性矩阵不等式求解β和矩阵P而得，β＝(γ2-1)，P＝γR：若上两式有解，则存在满足下式的静态H∞鲁棒镇定控制器K：其中，M(s)是Gp(s)的正规化左互质分解，鲁棒稳定裕度ε≤εmax，且最大鲁棒稳定裕度εmax为：则静态H∞回路成形鲁棒控制器Kst＝W2KW1；若上两式无解，则重新调整权函数W1和W2。本专利技术的有益效果是：本专利技术针对交直流系统中存在的次同步振荡和低频振荡，提出一种静态H∞回路成形法设计高压直流附加鲁棒阻尼控制器来同时抑制次同步振荡和低频振荡；采用巴特沃兹滤波器将两种不同类型的振荡分离出来，便于精确控制；基于辨识得到的不同类型振荡模型，采用静态H∞回路成形设计方法设计附加鲁棒阻尼控制器来抑制系统振荡，设计过程是通过线性矩阵不等式最小化系统外界干扰到评价输出间传递函数矩阵的无穷范数，保证了所设计控制器的准确性和优越性。该法设计的控制器具有阶数较低、鲁棒性较强以及良好的控制性能等优点，采用输出反馈，便于工程实践。附图说明图1为多通道阻尼控制器结构图。图2为向上直流系统孤岛运行下的仿真拓扑图。图3为正规互质因子不确定分解示意图。图4为回路形成过程示意图：图4a为回路成形及鲁棒镇定；图4b为控制器形成。图5为正规互质因子回路成形方框图。图6a-6d为实施例中第1种扰动下系统的动态响应曲线图，其中：图6a为13.40Hz次同步频振荡模态转速差动态响应曲线图；图6b为24.46Hz次同步频振荡模态转速差动态响应曲线图；图6c为0.74Hz次同步频振荡模态转速差动态响应曲线图；图6d为福溪电厂中1号机转速差动态响应曲线图。图7a-7d为实施例第2种故障下系统的动态响应曲线图，其中：图7a为13.40Hz次同步频振荡模态转速差动态响应曲线图；图7b为24.46Hz次同步频振荡模态转速差动态响应曲线图；图7c为0.74Hz次同步频振荡模态转速差动态响应曲线图；图7d为福溪电厂中1号机转速差动态响应曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术提出一种静态H∞回路成形的方法设计高压直流附加鲁棒阻尼控制器来同时抑制次同步振荡和低频振荡，其特点是计算量较小，算法复杂度较低，通过求解线性矩阵不等式可直接求解出控制器，且最终的控制器具有和权函数相同的阶数。采用总体最小二乘旋转不变技术(TLS-ESPRIT)辨识出系统振荡模态及降阶模型，利用巴特沃兹带通滤波器将系统不同振荡模态分解为多个通道，根据静态H∞回路成形法针对不同的通道设计鲁棒阻尼控制器，降低控制器间相互影响。并且与传统的比例-积分-微分(PID)控制器相比结果表明，本专利技术具有更好的控制效果，能同时抑制次同步振荡和低频振荡，具有较好的鲁棒性。同时所设计的控制器阶数较低，采用输出反馈，便于工程实践。本专利技术的目的由以下技术措施实现基于静态H∞回路成形法的多通道鲁棒阻尼控制方法包括以下步骤：步骤1：采用最小二乘-旋转不变技术(TLS-ESPRIT)对系统振荡特性进行分析，辨识出的系统存在的次同步和低频振荡模态。步骤2：采用巴特沃兹滤波器将不同的振荡模态分离出，再次采用TLS-ESPRIT算法对所有振荡模态的模型进行辨识，得到所有振荡模态的降阶模型。该降阶模型即为系统外界干扰到评价输出间传递函数的降阶模型，下文提到的鲁棒阻尼控制器是根据此处的系统各种振荡模态降阶模型所设计，控制器分别以反馈的形式加入到各个通道的各模态降阶模型上。步骤3：将步骤2采用巴特沃兹带通滤波器分离出的不同的振荡模态分解到不同的通道，从而抑制振荡模式间的相互影响。这样可以避免控制器抑制次同步振荡和低频振荡时，可能对某个模式提供正阻尼，而对另一模式却提供负阻尼，甚至激发新的振荡模式。步骤4：分别设计出各个通道的鲁棒阻尼控制器：采用静态H∞回路成形法，选取权函数对系统模型进行回路成形，通过线性矩阵不等式将系统外界干扰到评价输出间传递函数矩阵的无穷范数最小化，解出鲁棒镇定控制器，再结合解出的鲁棒镇定控制器及选取的权函数得到最终的鲁棒控制器。步骤5：通过各个通道的鲁棒阻尼控制器对不同的振荡模式提供阻尼，实现对次同步振荡和低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于静态H∞回路成形法的多通道鲁棒阻尼控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用TLS‑ESPRIT算法对系统振荡特性进行分析，辨识出系统存在的次同步振荡模态和低频振荡模态；步骤2：采用巴特沃兹带通滤波器将不同类型的振荡模态分离出，再次采用TLS‑ESPRIT算法对所有振荡模态的模型进行辨识，得到所有振荡模态的降阶模型；步骤3：将步骤2中采用巴特沃兹带通滤波器分离出的不同的振荡模态分解到不同的通道，以抑制振荡模式间的相互影响；步骤4：分别设计出各个通道的鲁棒阻尼控制器：采用静态H∞回路成形法，选取权函数对系统模型进行回路成形，通过线性矩阵不等式将系统外界干扰到评价输出间传递函数矩阵的无穷范数最小化，解出鲁棒镇定控制器，再结合解出的鲁棒镇定控制器及选取的权函数得到最终的鲁棒控制器；步骤5：通过各个通道的鲁棒阻尼控制器对不同的振荡模式提供阻尼，实现对次同步振荡和低频振荡的同时抑制。

【技术特征摘要】
1.一种基于静态H∞回路成形法的多通道鲁棒阻尼控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用TLS-ESPRIT算法对系统振荡特性进行分析，辨识出系统存在的次同步振荡模态和低频振荡模态；步骤2：采用巴特沃兹带通滤波器将不同类型的振荡模态分离出，再次采用TLS-ESPRIT算法对所有振荡模态的模型进行辨识，得到所有振荡模态的降阶模型；步骤3：将步骤2中采用巴特沃兹带通滤波器分离出的不同的振荡模态分解到不同的通道，以抑制振荡模式间的相互影响；步骤4：分别设计出各个通道的鲁棒阻尼控制器：采用静态H∞回路成形法，选取权函数对系统模型进行回路成形，通过线性矩阵不等式将系统外界干扰到评价输出间传递函数矩阵的无穷范数最小化，解出鲁棒镇定控制器，再结合解出的鲁棒镇定控制器及选取的权函数得到最终的鲁棒控制器；步骤5：通过各个通道的鲁棒阻尼控制器对不同的振荡模式提供阻尼，实现对次同步振荡和低频振荡的同时抑制。2.根据权利要求1所述的基于静态H∞回路成形法的多通道鲁棒阻尼控制方法，其特征在于，所述静态H∞回路成形法具体为按照实际性能要求选择权函数W1和W2对系统进行正规互质因子回路成形：设系统G成形后的状态空间实现为求解以下线性矩阵不...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天琪，曾雪洋，顾雨嘉，张爽，李志晗，张英敏，张军，李宏强，
申请(专利权)人：国网宁夏电力公司电力科学研究院，四川大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64