電力系統(tǒng)非線性魯棒控制設(shè)計(jì)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(qiáng)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(xué)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(duì)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(dòng)控制科學(xué)技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，為電力系統(tǒng)領(lǐng)域提供了先進(jìn)的控制技術(shù)，特別是為增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性以及改進(jìn)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(jì)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(chǔ)能系統(tǒng)（superconducting magnetic energystorage，簡(jiǎn)稱SMES）的單機(jī)無窮大電力系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題，同時(shí)設(shè)計(jì)了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器和SMES控制器。由于該對(duì)象模型屬于非嚴(yán)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(duì)一類一般的n階不確定非嚴(yán)格反饋型非線性

3、系統(tǒng)提出了一種擴(kuò)展backstepping方法。然后，將所提方法應(yīng)用在電力系統(tǒng)對(duì)象模型上，同時(shí)設(shè)計(jì)了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器和SMES控制器以鎮(zhèn)定功角、發(fā)電機(jī)端電壓并抑制功率振蕩。另外，通過在設(shè)計(jì)過程中引入K類函數(shù)，有效改進(jìn)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(yàn)證了所提方法的有效性。
　　第3章，研究了帶有SMES的單機(jī)無窮大電力系統(tǒng)的H∞控制問題，同時(shí)設(shè)計(jì)了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器和SMES控制器。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們從實(shí)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(cè)量的問題，而且同時(shí)考慮了勵(lì)磁機(jī)動(dòng)態(tài)和未知外界干擾以及電力系統(tǒng)暫態(tài)性能的改進(jìn)。顯然，同時(shí)考慮上述實(shí)際問題進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)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(jì)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)期望的結(jié)構(gòu)矩陣，一個(gè)關(guān)鍵的步驟是求解偏微分方程組，但是由于考慮了勵(lì)磁機(jī)動(dòng)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(jì)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(jì)了電力系統(tǒng)H∞控制器。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制器的有效性。
　　第4章，針對(duì)帶有靜止無功補(bǔ)償器（static var compensator，簡(jiǎn)稱SVC）的單機(jī)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(jì)方案。設(shè)計(jì)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(duì)標(biāo)稱電力系統(tǒng)利用浸入與不變控制方法設(shè)計(jì)了勵(lì)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(shí)標(biāo)魯棒再設(shè)計(jì)技術(shù)所得到的參數(shù)更新律和濾波器對(duì)上述控制輸入量進(jìn)行了再設(shè)計(jì)。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(jì)控制器可以有效改善系統(tǒng)性能。
　　第

7、5章，同時(shí)設(shè)計(jì)了鍋爐燃料控制、汽輪機(jī)主汽門開度控制和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制，解決了考慮鍋爐-汽輪機(jī)動(dòng)態(tài)的多機(jī)電力系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題。由于所研究系統(tǒng)涉及各個(gè)發(fā)電機(jī)單元之間的耦合作用，而且含有多個(gè)不確定參數(shù)，因此，基于自適應(yīng)backstepping方法，設(shè)計(jì)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(gè)重要的研究課題。因此，利用全局控制技術(shù)同時(shí)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