基于廣義預(yù)測自適應(yīng)控制的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器

摘 要：電力系統(tǒng)穩(wěn)定器自20世紀(jì)60年代提出以來，在電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，但是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的缺點(diǎn)在于缺乏改變系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的適應(yīng)能力，提高控制與調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)自適應(yīng)能力的控制方法稱為電力系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)話題。文章分析了廣義預(yù)測自適應(yīng)控制的特征，并以實(shí)例分析了基于廣義預(yù)測自適應(yīng)控制的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，以供參考。

關(guān)鍵詞：廣義預(yù)測自適應(yīng)控制 電力系統(tǒng) 穩(wěn)定器

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

作者簡介：葛俊峰（1979-），漢族，碩士，講師，電子與通信工程。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器是電力系統(tǒng)中重要的抑制低頻振蕩的設(shè)備，需要通過復(fù)雜的在線整定工作，才能夠保證將低頻振蕩抑制在一定范圍內(nèi)，但是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在進(jìn)行在線整定工作時存在一定的風(fēng)險，不能始終保證各個頻率段的抑制效果滿足相關(guān)的設(shè)計要求?；诖耍斯ぶ悄芸刂?、非線性控制、自適應(yīng)控制等控制理論相繼被應(yīng)用在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器設(shè)計中，文章研究了一種基于廣義預(yù)測自適應(yīng)控制原理的的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，該電力系統(tǒng)穩(wěn)定器能夠自動調(diào)整控制器輸出，能夠達(dá)到最佳的阻尼效果。

1 廣義預(yù)測自適應(yīng)控制的特征

廣義預(yù)測自適應(yīng)控制的特征主要包括以下幾個方面：其一，每一個“當(dāng)前采樣時刻”k，基于過程的參數(shù)模型，預(yù)測模型通常創(chuàng)建和過程密切相關(guān)的實(shí)時估算模型，能夠?qū)ξ磥砟硞€時間段內(nèi)的過程輸出序列進(jìn)行預(yù)測分析，預(yù)測區(qū)間的長度稱之為預(yù)測長度，表示為N，N的數(shù)值始終大于過程的時延d，因此其未來輸出序列不僅與先前的控制輸入、輸出相關(guān)，同時還與未來的控制序列存在緊密的聯(lián)系；其二，在當(dāng)前時刻k，只對過程施加當(dāng)前控制增量或者當(dāng)前控制；其三，控制序列將使未輸出預(yù)測序列沿著某個參考軌跡到達(dá)設(shè)定值該設(shè)定值序列可以為一個相當(dāng)長度內(nèi)始終等于某個常數(shù)，也可以為一個已知的時變序列，并通過極小化某個目標(biāo)函數(shù)導(dǎo)出，目標(biāo)函數(shù)通常選取為跟蹤誤差與控制的二次函數(shù)形式；其四，位移所有序列，準(zhǔn)備下一次采樣處理，在進(jìn)行下一次采樣處理時，需要對控制序列進(jìn)行重新計算。

2 仿真計算

2.1 GPC算法。在GPC算法中，用受控自回歸活動平均模型（CARIMA）描述受隨機(jī)干擾的被控對象，在CARIMA模型基礎(chǔ)上，能夠獲得系統(tǒng)的多步輸出預(yù)測值的矢量計算公式：Y=f+GΔU（公式1），公式中，ΔU表示控制增量序列；Y表示預(yù)測輸出序列；G和f是由Diophatine方程計算獲得。當(dāng)獲得了被控對象多步預(yù)測輸出后，取含有系統(tǒng)輸出控制增量加權(quán)項和對期望值誤差的二次型目標(biāo)函數(shù)的最小值，并利用梯度尋優(yōu)法獲得使性能指標(biāo)極小化的最優(yōu)解，公式表示為：ΔU=GTG+λI）-1GT（Yr-f）（公式2），公式中λ表示控制加權(quán)系數(shù)；Yr =yr（t+1），yr（t+2），…，yr（t+n））T（n表示預(yù)測長度）。GPC算法是一種典型的廣義預(yù)測自適應(yīng)控制算法，在應(yīng)用的過程中，控制計算速度為關(guān)鍵，控制器在具體控制過程中，只有當(dāng)前控制量作用在對象上，而未來時刻的控制量僅僅對當(dāng)前的性能指標(biāo)產(chǎn)生一定程度的影響，所以假設(shè)當(dāng)前與未來的控制序列應(yīng)該滿足一下關(guān)系：u（k）=u（k+1）=…=u（k+m-1）（公式3），公式中m表示控制長度；u（k）=u（k-1）+Δu（k）（公式4），公式中g(shù)表示G的第1列，通過變換后系統(tǒng)的預(yù)測輸出長度不發(fā)生改變，僅僅是縮短了控制長度，顯著的提高了計算速度。

2.2參數(shù)調(diào)整。在設(shè)計預(yù)測控制器的過程中，參數(shù)的調(diào)整占據(jù)非常重要的地位，主要是因?yàn)槠渲苯雨P(guān)系到控制器的魯棒性、穩(wěn)定性以及最終的控制效果。但是，不能夠直接獲得參數(shù)取值對控制性能的最終影響，只能通過仿真與試湊對影響效果進(jìn)行初步確定，但是這給初學(xué)者或者缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計者帶來了很大的難度，通過將λ假設(shè)為一個可調(diào)整的參數(shù)，λ的調(diào)整方法表示為：|Δu（k-1）|>Δumax（公式5），其中λmax=λ，λmax為設(shè)定好的最大參數(shù)值；Δumax表示系統(tǒng)能夠承受的最大控制增量，當(dāng)控制增量增大時，采用公式4能夠降低對系統(tǒng)的沖擊作用，進(jìn)而保證控制器的魯棒性、穩(wěn)定性以及最終控制效果。

2.3實(shí)例仿真計算。實(shí)例仿真實(shí)驗(yàn)中電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的GPC控制器的結(jié)構(gòu)：主要功能模塊包括：AVR、檢測信號、勵磁參考電壓、觀測器塊、參數(shù)整定模塊、phi產(chǎn)生單元塊、參數(shù)自適應(yīng)塊、遞推最小二乘估計塊、GPC控制器塊、電力系統(tǒng)塊。按照上述控制算法，其預(yù)測長度n=5，控制步長為0.1s，給定機(jī)端電壓發(fā)生階躍變化，仿真時間為10s，持續(xù)時間為0.2s，電力系統(tǒng)的特征根為-26504、0.0788±j6.6329、-48.6272，系統(tǒng)由于受到一對正實(shí)部的特征根，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在擾動下的不穩(wěn)定運(yùn)行的電力系統(tǒng)特征根為-0.6154、-28298、0.8787±j6.4879、-23.3670、50.0528，阻尼比表現(xiàn)為0.1342振蕩模態(tài)，因?yàn)樽枘岜认鄬^小，當(dāng)遇到擾動時，系統(tǒng)恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)需要的時間相對較長，通過采用GPC算法，系統(tǒng)獲得的阻尼比分別為0.3258、0.3001、0.5642、0.344、0.2829，阻尼比相對較大，便于更好的阻尼系統(tǒng)的低頻振蕩，具有非常好的自適應(yīng)性與穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

總之，基于廣義預(yù)測自適應(yīng)控制的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器具有更好的適應(yīng)性和有效性，控制規(guī)律具有自適應(yīng)特征，顯著的提高了系統(tǒng)的動態(tài)平衡，增強(qiáng)了系統(tǒng)的阻力，提高了系統(tǒng)的小干擾的穩(wěn)定水平。文章研究的基于廣義預(yù)測自適應(yīng)控制的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，具有魯棒性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、控制效果好等特點(diǎn)，顯著的提高了電力系統(tǒng)的性能。

參考文獻(xiàn)

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