基于混杂Petri网的共直流母线交流传动系统建模与节能控制.pdf

第３９卷第６期２０１１年３月１６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏ１Ｖ＿０１＿３９Ｎｏ．６Ｍａｒ．１６．２０１１基于混杂Ｐｅｔｒｉ网的共直流母线交流传动系统建模与节能控制李继方。，汤天浩，姚刚（１．上海海事大学物流工程学院，上海２００１３５；２．开封大学，河南开封４７５００４）摘要：通过引入混杂系统理论，在分析系统运行过程的基础上，建立了共直流母线交流传动系统混杂Ｐｅｔｒｉ网模型和电机功率模型在此基础上提出了一种基于配对理论的节能控制算法，即在电机状态可调控时段，通过改变随机运行状态，使耗能状态激发与回馈状态激发模糊配对的电机状态调控算法。采用该方法的直流母线功率仿真结果表明，该方法能有效地调整控制电机状态，使处在耗能状态电机最大限度地吸收制动状态电机再生的电能，减小了直流母线功率波动，提高了系统性能。关键词：共直流母线；交流传动；混杂Ｐｅｔｒｉ网；建模；节能控制ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｃｏｍｍｏｎＤＣｂｕｓＡＣｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｈｙｂｒｉｄＰｅｔｒｉｎｅｔｓＬＩＪｉ．ｆａｎｇ．ＴＡＮＧＴｉａｎ－ｈａｏ，ＹＡＯＧａｎｇ１（１．ＬｏｇｉｓｔｉｃＳＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＳｈａｎｇｈａｉＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００１３５，Ｃｈｉｎａ；２．ＫａｉｆｅｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋａｉｆｅｎｇ４７５００４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍｔｈｅｏｒｙａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓａｃｏｍｍｏｎＤＣｂｕｓＡＣｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｈｙｂｒｉｄＰｅｔｒｉｎｅｔｓｍｏｄｅｌａｎｄａｍｏｔｏｒｐｏｗｅｒｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓａｎｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｍａｔｃｈｉｎｇｔｈｅｏｒｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｎａｍｅｌｙｔｈｅｍｏｔｏｒｓｔａｔｅａｄｊｕｓｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｈｉｃｈｇｅｔｓｆｕｚｚｙｐａｉｒｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｓｔａｔｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎａｎｄｆｅｅｄｂａｃｋｓｔａｔｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｒａｎｄｏｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔａｔｅｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｐｅｒｉｏｄｏｆｍｏｔｏｒｓｔａｔｅ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＤＣｂｕｓｐｏｗｅｒａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｓｈｏｗｔｈａｔｉｔｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｄｊｕｓｔａｎｄｃｏｎｔｒｏ１ｔｈｅｍｏｔｏｒｓｔａｔｅ，ｍａｋｅｔｈｅｍｏｔｏｒｉｎｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｓｔａｔｅａｂｓｏｒｂｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｍｏｔｏｒｉｎｂｒａｋｉｎｇｍｏｄｅｔｏａｌａｒｇｅｅｘｔｅｎｔ，ｔｈｕｓＣａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅＤＣｂｕｓｐｏｗｅｒｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉＳｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａ１ＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａｆｒｏ．５１００７０５６）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｍｏｎＤＣｂｕｓ；ＡＣｄｒｉｖｅ；ｈｙｂｒｉｄＰｅｔｒｉｎｅｔｓ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ中图分类号：ＴＭ７４文献标识码：Ａ——文章编号：１６７４３４１５（２０１１）０６０００１－０６０引言在工业系统中，许多电气传动系统储存大量待释放的机械能，如势能、动能负载器件的下降和减速等，这都会使电机处于制动发电状态。以往研究表明，这部分制动再生的电能非常大，例如采油系统中，抽油机用电机有３３．６７％的时间处于发电状态，发电电量占总用电量的１２．８５％ＬｌＪ。为了回收和利用这部分巨大的再生电能，人们提出了共用直流母线节能的方法【２Ｊ，如图１所示。该方法通过共用直流母线，使处在制动发电状态电机所产生的再生电能被处在耗能状态电机吸收，既消耗了再生电能，又基金项目：国家自然科学基金（５１００７０５６）；上海市教委项目（Ｊ５０６０２）；河南省高等学校青年骨干教师资助计划（２０１０ＧＧＪＳ－２６３）；上海海事大学博士生创新基金（ｙｃ２００９１０４）达到了节能目的。但是该方法存在着再生电能不能被耗能状态电机完全吸收条件下，直流母线电压升高，设备无法正常运转或损坏等问题。该问题的常规解决方法是在直流母线上接入耗能电阻或回馈装置，通过其消耗或回馈不能被耗能状态电机完全吸收的再生电能，保证设备的正常工作。但是电阻耗能的方法节能效果不好【ｊＪ；回馈电网的方法对电网有污染，只能用在电网电压波动不大的场合Ｌ４Ｊ。为此建立共直流母线交流传动系统的模型，开展系统理论及节能控制算法研究就显得尤为重要。共直流母线交流传动系统中，既有连续状态变量，又有离散状态变量，是一个典型的混杂系统，混杂系统理论已成为当前研究中一个新热点［６１。仝庆贻、刘凯等开展了混杂系统理论在电力系统中的应用研究ｊ。针对混杂电力系统的建模问题，胡宗—波、马皓、郑雪生等分别建立了ＤＣＤＣ变换器、电力系统保护与控制ＤＣＡＣ变换器的混杂系统模型，并分析了系统的可观性、可控性及预测控制等Ｌ９。混杂Ｐｅｔｒｉ网主要用制造系统的建模与控制，赵洪山等人把混杂Ｐｅｔｒｉ网建模技术引入混杂电力系统，建立了基于可编程赋时Ｐｅｔｒｉ网的混杂电力系统模型，并给出了建立模型的方法和步骤【ｊ引。针对节能调度的研究，陈楷、温丽丽等分别建立了河南电网ＡＧＣ节能控制策略和混合系统的中长期节能调度发电计划的蒙特卡罗模拟【Ｊ川。而对共直流母线交流传动系统的建模及节能控制算法的研究较少。图１共直流母线交流传动系统Ｆｉｇ．１ＴｈｅｃｏｍｍｏｎＤＣｂｕｓＡＣｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｓ分析共直流母线交流传动系统中电机的运行过程，我们发现电机在各个状态的运行时间，不论是相同工况，还是不同工况，为按指数概率分布的随机值，因此文章引入混杂系统理论，建立系统的随机赋值混杂ｐｅｔｒｉ网模型。针对此模型，提出一种节能控制算法，仿真研究了系统的直流母线功率。仿真结果表明该算法能有效地调整控制电机状态，使处在耗能状态电机最大限度地吸收制动状态下电机产生的再生电能，减小了直流母线功率波动，提高了系统的性能。１系统混杂Ｐｅｔｒｉ网模型１．１混杂随机Ｐａｔｒ网混杂Ｐｅｔｒｉ网ｌｌ（ＨｙｂｒｉｄＰｅｔｒｉＮｅｔｓ，ＨＰＮ）是通过在离散型Ｐｅｔｒｉ网系统中引入连续状态演变出的。ＨＰＮ将位置和变迁区分为连续的和离散的两种类型，表征系统的连续变量子过程和离散变量子过程。一个混杂Ｐｅｔｒｉ网系统是一个六元组Ｈ：Ｈ＝｛Ｑ，Ｉ，Ｏ，Ｄ，Ｖ｝（１）其中：Ｑ＝Ｑ＋Ｑ为库所的非空有限集合，分为离散库所集和连续库所集Ｑ。；Ｔ＝Ｔ＋为变迁的非空有限集合，也分为离散变迁集和连续变迁集Ｔ；且满足关系ＱｎＴ＝，为空集。，为输入权函数，具有关系，：Ｑ。ｘＴＲ，Ｑ×Ⅳｎ；Ｄ：输出权函数，具有关系Ｏ：ＴｘＱ＿÷，ⅣⅣＴｘＱ０，其中Ｒ表示非负实数集合，。为非负整数集合。Ｄ：＿÷，时间离散变迁的赋时ｄ，是随指数分布的随机时间。Ｖ：（，）＝（ｔ，）．’≤’、分别表示最小激发和最大激发速率，本文取，一０。ＨＰＮ的图形表示如图２所示。图２混杂Ｐｅｔｒｉ网Ｆｉｇ．２ＨｙｂｒｉｄＰｅｔｒｉｎｅｔｓ１．２系统混杂随机Ｐｅｔｒｉ网模型对于共直流母线交流传动系统不论是由多台变频器组成，还是由多个整流装置（可控或不可控整流）、变流器和电机组成，直流母线功率主要受控于系统内部电机的状态和功率。直流母线为耗能电机供电，同时吸收制动电机再生的电能，直流母线为连续库所，记为；若系统中有台电机，／＇／台电机的耗能和馈能是２个连续变迁，记为…Ｔ＝｛，，，，，，｝。在不同工况下，电机具有不同的状态数，为使模型具有一般性，取电机有四个状态：（１）等待从直流母线上吸收电能（待耗）；（２）从直流母线上吸收功率（耗能）；（３）等待回馈能量到直流母线（待馈）；（４）回馈能量到直流母线（馈能）。第ｉ台电机的四个状态是四个离散库所、、、Ｑ，四个库所中只有一个托肯，状态之间的相互转换是四个离散变迁、、碍、，因此共直流母线交流传动系统的混杂Ｐｅｔｒｉ网模型如图３所示。系统的动态由状态标识）来表征，分为离散状态标识（ｆ）和连续状态标识朋（ｆ）。离散状态标识（）为：…Ｊ，ｌ（）＝ｌＪ，ｌ（），Ｊ，ｌ；（），，，，ｌｄ（ｌ（２）其中ｍ（＝Ｊ（），，（，，（，（『）ｌ（３）为第ｉ台电机时刻的状态标识。系统只有一个连续库所，即直流母线，其连续状态标识为：（）＝（）（４）李继方，等基于混杂Ｐｅｔｒｉ网的共直流母线交流传动系统建模与节能控制一３．图３共直流母线交流传动系统混杂Ｐｅｔｒｉ网模型Ｆｉｇ－３ＨｙｂｒｉｄｐｅｔｒｉｎｅｔｓｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｃｏｍｍｏｎＤＣｂｕｓＡＣｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｓ∈系统的动作变化通过变迁完成，对Ｖ，Ｔ，其随机赋时为ｄ，，／．／台电机变迁的赋时向量ｄ为：…ｄ＝［，ｄ２，，】（５）其中ｄｉ：【ｄｌｆ，ｄ２，，ｄ３ｆ，ｄ４ｉ］（６）为第ｉ台电机的随机赋时，随机变迁对应的赋时为ｄｋｉ，ｋ＝｛１，２，３，４】。∈对于离散变迁，若ＶＱ，Ｔ：ｍ，（）＝１且该时间等于库所赋时时，变迁使能，托肯被移出，∈ｍ，（）＝０。对于连续变迁，若ＶＱ，Ｔ：∈／＇ｎ，（ｆ）＝１，该变迁使能；若，：ｆ（）：０，该变迁未使能。对于ｖＴｃ变迁使能时，瞬时激发速率ｖ（）也就是此时电机耗电功率或回馈功率。设时刻船台电机的瞬时激发向量ｖ（ｒ）表示为：…ｖ（ｒ）＝【＇，．（），Ｖ：（），，（）】（７）其中Ｖ，（）＝【１）２ｉ（），Ｖ４ｉ（）】（８）为第ｉ台电机时刻的瞬时激发速率。本文不定义强使能和弱使能，变迁未使能时，瞬时激发速率ｖ（）＝０，１）４，（）＝０；变迁使能时，，（）为电机瞬时激发耗电功率，ｙ４（）为瞬时激发回馈电功率。单位直流母线的动态变化由其标识（）变化∈来表征，如果变迁．Ｔ在时刻瞬时激发速率（电机耗电或回馈功率）为ｖｊ（ｒ），则库所的标识随时间的变化（即直流母线功率）表示为：Ｐ（）：ｄＥ（ｒ）：∑Ｃ（Ｑ，）（）（９）●ｕ∈ｒ其中，Ｃ（Ｑ，）：１是关联矩阵中的一个元素。如果系统中有１７台电机，直流母线的功率为：ｊＦ，、Ｐ（）＝∑＝（ｖ２（）＋Ｖ４ｉ（））（１０）ｕｉ＝ｌ由式（１０）可见，共直流母线交流传动系统的混杂Ｐｅｔｒｉ网模型与其物理背景吻合，因而混杂Ｐｅｔｒｉ网的动态变化能够充分体现系统的动态变化。只需计算出电机瞬时耗电功率ｖ，（ｆ），瞬时回馈电功率ｖ４，（），即可得到直流母线功率的动态变化。２电机系统功率模型为便于分析，把电机、变流器以及电机拖动的机械传动设备视为一个整体，记为电机系统。２．１电机系统回馈功率电机处在制动回馈状态，即变迁使能时，电机系统的功率流向图如图４所示。图４回馈状态电机系统能量流向图Ｆｉｇ。４Ｇｒａｐｈｏｆｍｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｅｎｅｒｇｙｆｌｏｗｉｎｇｉｎｆｅｅｄｂａｃｋｓｔａｔｅ图中：１）４（）为第ｉ个电机系统在时刻的回馈功率；（为电机回馈功率；（）为输入电机功率：ｇ（ｒ）为输入机械功率；ｅｏ（ｒ）为输出机械消耗功率；（）为变频器损耗功率；为电机损耗功率；Ｐｍ为机械损耗功率；（）＋（）为动能和势能消耗功率。设变频器效率为，机械传动效率为，则有：（）＝（彳）＝ｒ／（（）＋ＰＡｒ）一ｅｏ（））（１１）（＝ｒ／ｏ（）（１２）对ｉ个电机系统，被拖动对象的转动惯量为：：ｏｆｍ（１３）式中：ｍ为被拖动对象的质量；为系统的传动计算系数。在时刻，电机系统消耗动能的转矩（ｒ）为：（）：一（Ｊｏ＋）（１４）式中：Ｃａｍ（ｒ）为电机转子的机械角速度；为电机系统自身转动惯量。那么电机系统动能消耗功率（）为：Ｐｋ（ｒ）＝一（＋ａｍ）Ｃａｍ（）ｄＣａｍ（ｒ）．（１５）～——一电力系统保护与控制在时刻，电机系统消耗势能转矩为（ｆ）：（）＝ｇｓｉｎ＝￣ｚｍｇｓｉｎ（１６）式中，为与水平面的夹角。那么消耗势能功率为（）：（）＝ｓｉｎ／９６０ｍ（）（１７）本文采用如图５所示电机简化等效电路模型［１６］。厶‘足图５。电机简化等效电路模型Ｆｉｇ．５Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｌｅｏｆｍｏｔｏｒ图中：为定子侧电压；足是定子侧电阻；Ｌｓ是定‘子侧电感；是转子侧电感；足是转子侧电阻；是定子侧磁化电感；是转差率。那么输入电机功率（）为：（）＝３１ｒＪ－－￣＂ｇ＝ｒ／ｍ（（）＋（）－Ｐｏ）（１８）忽略励磁损耗，可得电机回馈功率（）为：ｐ，（ｒ）－－（击＋击（（１９）那么电机系统回馈功率（）为：‘Ｖ４（ｆ）＝仉（彳）＝７７十）（）（２０）将式（１８）带入式（２０），得到：７７Ｕｍ（击＋击）（（（ｍｏ）（２１）式中：（、（是式（１５）和式（１７）。２．２电机系统耗电功率电机处在电动耗能状态时，电机系统的能量流程可用如图６所示的功率流向图来表示。．ｆ）一＋图中：Ｖ２（）为第ｉ个电机系统在电动耗能状态时的耗电功率；为电机输入功率；为电机输出功率；为输出机械功率；只为输出机械消耗功率；为变频器损耗功率；为电机损耗功率．一为机械损耗功率；＋为转化为动能和势能的功率。类似于式（２１）的推导过程，可得：＝去去（击＋击（＋ＰＡｒ）＋只）（２２）其中：（）＝（＋Ｏｔｔｏ）ＣＯｎ（，￣ｄＯＯｄｍ（ｒ）（）＝ｃｔｍｇｓｉｎＯａ￣ｍ（＇ｔ＂）３节能控制算法（２３）（２４）共直流母线交流系统的性能主要体现在直流母线的功率曲线上，分析不同工况下系统的工作过程，可以发现如果同一系统中不同电机的功率相近（或加权后近似相等），当耗能状态电机数与馈能状态电机数近似相等，待耗状态电机数与待馈状态电机数近似相等，即耗能状态电机与馈能状态电机、待耗状态电机与待馈状态电机配成电机对时，根据能量守恒可知，系统中电机耗电总功率一定大于电机回馈总功率，耗能状态电机能完全吸收制动电机所产生的再生电能，系统始终耗能不回馈电能，系统节能效果最好。工况不同，系统中可调整控制的库所和变迁也不相同，系统的节能控制可通过延长离散库所（或变迁）随机赋时的时间来实现。通过延时库所或变迁的赋时，调整电机耗能或馈能的激发时间，改变电机运行状态，使耗能状态电机与馈能状态电机、待耗状态电机与待馈状态电机相对配对出现，保证系统始终耗能，提高系统性能。设第ｉ台电机处在可调控时段，当前状态电机数为，互为配对状态电机数为】，，控制裕度为，库所或变迁的延时为Ａ２＂ｉ。具体步骤如下：≤（１）如果Ｙ一￡＋１Ｙ＋ｅ成立，令Ａ＇Ｃｉ亭０，变迁激发；△（２）如果当前时延大于，变迁激发；△（３）如果当前时延小于，重复步骤（１）、（２）。△的计算方法。设共直流母线交流传动系统”中有台电机，电机在其所有状态的平均周期为Ｇｖ，每台电机与第一个电机的时间间隔分别是…（＝１，２，，Ｈ－－１）。若ｆ时刻第ｉ台电机处在可调控时…段，以第一１，＋１，，ｆ＋，台电机运行状态对第ｉ台电机进行调控。设每次调控时间为李继方，等基于混杂Ｐｅｔｒｉ网的共直流母线交流传动系统建模与节能控制．５．△…（，＝１，，Ｊ），则第一次调控后，电机时间间隔的方差Ｄｌ为：日＝（（ＣＡｖ一＋植塞（一一＋一＋一鲁］２＋一卜一＝Ｉ２ｃ２５＝（一一］２＋蓑＋，４（一一△（一＋一（－广～：一，一］２＋艺＿广＋＋广］（２６）△－『『＋一Ｊ６），＝１“／＝ｉ＋ｊ－Ｉ（ｋ＝ｉ－２“／～一一一窆△一一＋一］（２７）△一＿，川一Ｊ７），＝１＼“／△…令ａＡＤ／ａ＝０（ｋ＝ｌ，２，，），解得ｚｘｒ／为：△△＝＝一一．２８４仿真研究在工程实际中，不同工况下电机工作的状态数目和不同时刻同一状态的持续时间都不相等同，只在一定范围内符合指数分布规律。运用Ｍａｔｌａｂ仿真软件，编写上述模型仿真程序，对系统进行仿真研究。仿真中设电机有四个工作状态，其调控时段为待耗向耗能激发和待馈向馈能激发两个时段，电机状态持续时间（离散库所随机赋时）取值服从分布密度函数：，一—（）＝ｅ２ａ（２９）‘￣／２ｎＯ＂其中，、为均值和方差向量。取仿真参数：ｒ／＝６０％，ｒＬ＝９８％，Ｐｏ＝０，＝０，被拖动对象的质量ｍ取均值为１．５ｘ１０ｋｇ，方差为５ｘ１０的正态分布，被拖动对象位移２０ｍ，夹角：９０。。ｕ＝［３．５，３，３．５，３］，＝［０．４，０．５，０．４，０．５］。考虑到电机数目对系统的影响，采用有８台电机和２５台电机的共直流母线系统仿真研究直流母线功率，如图７所示。趣匿蘸＿ｌ¨＿＿＿。。一＿¨…＿＿ｌｌｌｌｌ一¨ｌ＿¨ｌ＿ｌ＿¨ｌ＿ｌ¨…ｌｌｌ＿¨ｌ＿。．．图７共直流母线功率曲线Ｆｉｇ．７ＴｈｅｐｏｗｅｒｏｆｃｏｍｍｏｎＤＣｂｕｓ图７（ａ）、（ｃ）为未加入节能控制算法时８台和２５台电机共直流母线功率。系统启动时，电机系统以正态分布概率，在一个相对短的时间段内，集中耗能或回馈电能到直流母线，因此直流母线功率波动幅度很大，分另０在一６ｘｌＯ４～１７ｘ１０署口一２×１０～５．５ｘ１０之间。随着系统运行时间的增长，电机状态的离散性增强，直流母线功率波动幅度有所减少，但仍保持较大波动幅度，８台电机和２５台电机直流母线功率分别位于一４ｘ１０～ｔ２ｘ１０和一１．６ｘ１０～３．２ｘ１０之间。系统直流母线功率小于零时，说明此时耗能状态电机不能完全吸收制动状态电机所产生的再生电能，必须采取措施（电阻消耗或回馈电网）处理不能被耗能状态电机完全吸收的再生电能，否则引起直流母线电压升高，造成设备无法正常运行或损坏。图７（ｂ）、（ｄ）为加入节能控制算法后８台和２５台电机共直流母线功率。系统刚启动时，由于电机集中耗能或集中回馈，直流母线功率仍有小于零现象、需要电阻消耗或回馈电网。随着运行时间增长，直流母线功率波动幅度明显减小，８台电机和２５台电机的直流母线功率波动幅度逐步收敛在１ｘ１０～４ｘ１０和０．４Ｘ１０～１．１ｘ１０之间，与未加入节能节能控制算法时相比，功率波动幅度降低了约３．２．６．电力系统保护与控制倍；而且直流母线功率一直大于零，说明耗能状态电机能完全吸收制动状态电机所产生的再生电能，系统一直耗能，不再需要电阻消耗或回馈电网，最大限度地节约了电能，保证了设备的可靠运行，验证了算法的有效性。５结论文章在分析共直流母线交流传动节能系统运行特点的基础上，利用混杂系统理论，建立了系统混杂Ｐｅｔｒｉ网模型，提出了基于配对理论的节能控制算法。仿真结果显示，该节能控制算法能有效调整电机工作状态，使耗能状态电机完全吸收制动状态电机再生的电能，最大限度地节约了电能；同时减少了直流母线功率波动幅度，提高了系统性能。参考文献［１］赵智，鲍兵，赵中山，等．基于采油系统的公共直流母—线变频器结构分析及应用［Ｊ］．电气应用，２００８，１４：２４２６．ＺＨＡＯＺｈｉ，ＢＡＯＢｉｎｇ，ＺＨＡＯＺｈｏｎｇ・ｓｈａｎ，ｅｔａ１．ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｎｖｅｒｔｅｒｃｏｍｍｏｎＤＣｂｕｓｂａｓｅｄｏｎｏｉｌｒｅｃｏｖｅｒｙｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，２００８，１４：２４－２６．［２］王万新．公共直流母线在交流传动中的应用［Ｊ］．电气传动，２００２，５：５７－５８．Ｗ＿ＡＮＧＷａｎ－ｘｉｎ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｍｏｎＤＣｂｕｓｉｎＡＣ—ｄｒｉｖｅｓ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，２００２，５：５７５８．［３］王云飞，杨耕．通用变频器．感应电机系统的电机耗能—型制动控制方法［Ｊ］．电工技术学报，２００６，２１（１）：８７９２．—ＷＡＮＧＹｕｎｆｅｉ，ＹＡＮＧＧｅｎｇ．Ｐｏｗｅｒｌｏｓｓｂｒａｋｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｇｅｎｅｒａｌｉｎｖｅｒｔｅｒ－ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００６，２ｌ（１）：１２－１８．［４］刘永峰，谢吉华．变频器回馈制动研究［Ｊ】．变频器世界，２００８，８：５２－５４．—ＬＩＵＹｏｎｇ－ｆｅｎｇ，ＸＩＥＪｉｈｕａ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆｅｅｄ－ｂｒｅａｋｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＴｈｅＷｏｒｌｄｏｆＩｎｖｅｒｔｅｒｓ，２００８，８：５２－５４．［５］ＢｏｔａｎＣ，ＨｏｒｇａＯｓｔａｆｉｅｔａ１．Ｇｅｎｅｒａｌａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｓｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌ［Ｃ］．／／２００７ＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００７：１－１０．［６］ＧｏｅｂｅｌＲａｆａｌ，ＳａｎｆｅｌｉｃｅＲｉｃａｒｄｏＧＴｅｅｌＲ．Ｈｙｂｒｉｄｄｙｎａｍｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｓＭａｇａｚｉｎｅ，２００９：２８．９３．［７］刘凯，彭志炜，黄忠．基于混和逻辑动态模型的混杂电力系统及其电压稳定性分析方法研究［Ｊ］．继电器，２００８，３６（１０）：１５－１８．—ＬＩＵＫａｉ，ＰＥＮＧＺｈｉｗｅｉ，ＨＵＡＮＧＺｈｏｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｈｙｂｒｉｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓｖｏｌ￣ｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｂａｓｅｄｏｎｍｉｘｅｄｌｏｇｉｃｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌ［Ｊ］．Ｒｅｌａｙ，２００８，３６（１０）：—１５１８．［８］仝庆贻，颜钢锋．混杂系统及其在电力系统中的应用【Ｊ】．电力系统及其自动化学报，２００３，１５（２）：１４－１９．—ＴＯＮＧＱｉｎｇｙｉ，ＹＡＮＧａｎｇ－ｆｅｎｇ．Ｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ—ＣＳＵＥＰＳＡ，２００３，１５（２）：１４・１９．［９］郑雪生，李春文，戎袁杰．ＤＣ／ＡＣ变换器的混杂系统建模及预测控制［Ｊ】．电工技术学报，２００９，２４（７）：８７－９２．—ＺＨＥＮＧＸｕｅｓｈｅｎｇ，ＬＩＣｈｕｎ－ｗｅｎ，ＲＯＮＧＹｕａｎ－ｊｉｅ．ＨｙｂｒｉｄｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒＤＣ／ＡＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａ—ＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００９，２４（７）：８７９２．［１０］胡宗波，张波，邓卫华，等．ＰＷＭＤＣ／ＤＣ变换器混杂动态系统的能控性和能观性［Ｊ】．电工技术学报，２００５，—２Ｏ（２）：７６８２．ＨＵＺｏｎｇ．ｂｏ。ＺＨＡＮＧＢｏ．ＤＥＮＧＷｅｉ－ｈｕａ．ｅｔａ１．ＣｏｎｔｒｏｌｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｏｂｓｅｒｖａｂｉｌｉｔｙｏｆＰＷＭＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓａｓｈｙｂｒｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆ—ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００５，２０（２）：７６８２．［１１］马皓，祁峰，张霓．基于混杂系统的ＤＣ．ＤＣ变换器建—模与控制【Ｊ】．中国电机工程学报，２００７，２７（３６）：９２９６．ＭＡＨａｏ，ＱＩＦｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＮｉ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒ—ＤＣＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｂａｓｅｄｏｎｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００７，２７（３６）：９２－９６．［１２］赵洪山，米增强，牛东晓，等．利用混杂系统理论进行电力系统建模的研究［Ｊ］．中国电机工程学—报，２００３，２３（１）：２０２５．—ＺＨＡＯＨｏｎｇ－ｓｈａｎ，ＭＩＺｅｎｇ－ｑｉａｎｇ，ＮＩＵＤｏｎｇｘｉａｏ，ｅｔａ１．Ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｌｉｎｇｕｓｉｎｇｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍｔｈｅｏｒｙ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００３，２３（１）：２０－２５．［１３］陈楷，孙建华，王卉．节能调度模式下的河南电网ＡＧＣ控制策略［Ｊ】．电力系统保护与控制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