電力系統(tǒng)非線性魯棒控制設(shè)計及其暫態(tài)性能的研究.pdf

1、電力系統(tǒng)是一類復(fù)雜的強非線性系統(tǒng)，其穩(wěn)定性直接關(guān)乎人們的日常生產(chǎn)和生活。隨著電力科學技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)逐漸變得多樣化和復(fù)雜化，人們對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求越來越高，因此，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)控制方法往往無法滿足這種需求。近年來，自動控制科學技術(shù)取得了長足進步，為電力系統(tǒng)領(lǐng)域提供了先進的控制技術(shù)，特別是為增強電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性以及改進電力系統(tǒng)的暫態(tài)性能提供了理論和技術(shù)支撐。在這種背景下，本文研究了電力系統(tǒng)非線性魯棒控制，提

2、出了幾種新的控制設(shè)計方案，較大程度上提高了電力系統(tǒng)的暫態(tài)性能。本文所做的主要工作歸納如下：
　　第2章，研究了帶有超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)（superconducting magnetic energystorage，簡稱SMES）的單機無窮大電力系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題，同時設(shè)計了發(fā)電機勵磁控制器和SMES控制器。由于該對象模型屬于非嚴格反饋型，因此傳統(tǒng)的backstepping方法失效，為了解決這一問題，針對一類一般的n階不確定非嚴格反饋型非線性

3、系統(tǒng)提出了一種擴展backstepping方法。然后，將所提方法應(yīng)用在電力系統(tǒng)對象模型上，同時設(shè)計了發(fā)電機勵磁控制器和SMES控制器以鎮(zhèn)定功角、發(fā)電機端電壓并抑制功率振蕩。另外，通過在設(shè)計過程中引入K類函數(shù)，有效改進了電力系統(tǒng)的暫態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。仿真結(jié)果驗證了所提方法的有效性。
　　第3章，研究了帶有SMES的單機無窮大電力系統(tǒng)的H∞控制問題，同時設(shè)計了發(fā)電機勵磁控制器和SMES控制器。在控制系統(tǒng)設(shè)計中，我們從實際應(yīng)用的角度出發(fā)

4、，采用了一種新的電力系統(tǒng)等效模型，避免了無窮大母線電壓無法測量的問題，而且同時考慮了勵磁機動態(tài)和未知外界干擾以及電力系統(tǒng)暫態(tài)性能的改進。顯然，同時考慮上述實際問題進行控制器設(shè)計是很有挑戰(zhàn)性的。因此，提出了一種新的控制系統(tǒng)設(shè)計方案，解決了帶有SMES的電力系統(tǒng)魯棒控制問題。首先，從能量的角度，應(yīng)用互聯(lián)和阻尼分配控制(interconnection anddamping assignment，簡稱IDA)方法獲得期望的互聯(lián)矩陣和耗散矩陣以提

5、高電力系統(tǒng)的暫態(tài)性能。接下來，為了實現(xiàn)期望的結(jié)構(gòu)矩陣，一個關(guān)鍵的步驟是求解偏微分方程組，但是由于考慮了勵磁機動態(tài)，使得該偏微分方程組無法求解，傳統(tǒng)IDA方法失效，因此在設(shè)計過程中引入了虛擬控制思想，解決了這一問題。然后，為了提高閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒性，設(shè)計了電力系統(tǒng)H∞控制器。仿真結(jié)果驗證了所設(shè)計控制器的有效性。
　　第4章，針對帶有靜止無功補償器（static var compensator，簡稱SVC）的單機無窮大電力系統(tǒng)的魯棒鎮(zhèn)定

6、問題，提出了一種新的控制系統(tǒng)設(shè)計方案。設(shè)計過程中，考慮了無窮大母線電壓、發(fā)電站內(nèi)部和外部電抗的不確定性。首先，針對標稱電力系統(tǒng)利用浸入與不變控制方法設(shè)計了勵磁控制輸入和SVC控制輸入。然后，通過分別采用間接浸入與不變自適應(yīng)控制技術(shù)和雙時標魯棒再設(shè)計技術(shù)所得到的參數(shù)更新律和濾波器對上述控制輸入量進行了再設(shè)計。另外，還引入了K類函數(shù)，使得電力系統(tǒng)的暫態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能得到了顯著提高。仿真結(jié)果表明所設(shè)計控制器可以有效改善系統(tǒng)性能。
　　第

7、5章，同時設(shè)計了鍋爐燃料控制、汽輪機主汽門開度控制和發(fā)電機勵磁控制，解決了考慮鍋爐-汽輪機動態(tài)的多機電力系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題。由于所研究系統(tǒng)涉及各個發(fā)電機單元之間的耦合作用，而且含有多個不確定參數(shù)，因此，基于自適應(yīng)backstepping方法，設(shè)計了分散自適應(yīng)協(xié)作控制器。而且，除了需要保證電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性，抑制功率振蕩這些以外，提高電壓質(zhì)量也是電力系統(tǒng)一個重要的研究課題。因此，利用全局控制技術(shù)同時保證了電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性和良好的電壓調(diào)節(jié)性能