电力系统非线性鲁棒控制设计及其暂态性能的研究

发布时间：2018-01-09 04:23

本文关键词：电力系统非线性鲁棒控制设计及其暂态性能的研究　出处：《东北大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：电力系统是一类复杂的强非线性系统,其稳定性直接关乎人们的日常生产和生活。随着电力科学技术的发展,现代电力系统的组成和结构逐渐变得多样化和复杂化,人们对电力系统稳定性的要求越来越高,因此,传统的电力系统控制方法往往无法满足这种需求。近年来,自动控制科学技术取得了长足进步,为电力系统领域提供了先进的控制技术,特别是为增强电力系统的稳定性和鲁棒性以及改进电力系统的暂态性能提供了理论和技术支撑。在这种背景下,本文研究了电力系统非线性鲁棒控制,提出了几种新的控制设计方案,较大程度上提高了电力系统的暂态性能。本文所做的主要工作归纳如下：第2章,研究了带有超导磁储能系统(superconducting magnetic energy storage,简称SMES)的单机无穷大电力系统的镇定问题,同时设计了发电机励磁控制器和SMES控制器。由于该对象模型属于非严格反馈型,因此传统的backs tepping方法失效,为了解决这一问题,我们针对一类一般的n阶不确定非严格反馈型非线性系统提出了一种扩展backstepping方法。然后,将所提方法应用在电力系统对象模型上,同时设计了发电机励磁控制器和SMES控制器以镇定功角、发电机端电压并抑制功率振荡。另外,通过在设计过程中引入K类函数,有效改进了电力系统的暂态性能和稳态性能。仿真结果验证了所提方法的有效性。第3章,研究了带有SMES的单机无穷大电力系统的H∞控制问题,同时设计了发电机励磁控制器和SMES控制器。在控制系统设计中,我们从实际应用的角度出发,采用了一种新的电力系统等效模型,避免了无穷大母线电压无法测量的问题,而且同时考虑了励磁机动态和未知外界干扰以及电力系统暂态性能的改进。显然,同时考虑上述实际问题进行控制器设计是很有挑战性的。因此,我们提出了一种新的控制系统设计方案,解决了带有SMES的电力系统鲁棒控制问题。首先,从能量的角度,我们应用互联和阻尼分配控制(interconnection and damping assignment,简称IDA)方法获得期望的互联矩阵和耗散矩阵以提高电力系统的暂态性能。接下来,为了实现期望的结构矩阵,一个关键的步骤是求解偏微分方程组,但是由于我们考虑了励磁机动态,使得该偏微分方程组无法求解,传统IDA方法失效,因此我们在设计过程中引入了虚拟控制思想,解决了这一问题。然后,为了提高闭环系统的鲁棒性,我们设计了电力系统H∞控制器。仿真结果验证了所设计控制器的有效性。第4章,针对带有静止无功补偿器(static var compensator,简称SVC)的单机无穷大电力系统的鲁棒镇定问题,提出了一种新的控制系统设计方案。设计过程中,我们考虑了无穷大母线电压、发电站内部和外部电抗的不确定性。首先,我们针对标称电力系统利用浸入与不变控制方法设计了励磁控制输入和SVC控制输入。然后,通过分别采用间接浸入与不变自适应控制技术和双时标鲁棒再设计技术所得到的参数更新律和滤波器对上述控制输入量进行了再设计。另外,我们还引入了K类函数,使得电力系统的暂态性能和稳态性能得到了显著提高。仿真结果表明所设计控制器可以有效改善系统性能。第5章,同时设计了锅炉燃料控制、汽轮机主汽门开度控制和发电机励磁控制,解决了考虑锅炉-汽轮机动态的多机电力系统的镇定问题。由于所研究系统涉及各个发电机单元之间的耦合作用,而且含有多个不确定参数,因此,基于自适应backstepping方法,设计了分散自适应协作控制器。而且,除了需要保证电力系统功角稳定性,抑制功率振荡这些以外,提高电压质量也是电力系统一个重要的研究课题。因此,我们利用全局控制技术同时保证了电力系统功角稳定性和良好的电压调节性能。另外,我们通过引入状态受限控制很大程度上改进了电力系统暂态性能。仿真结果表明所设计控制器是有效的。最后是全文的总结以及展望。
[Abstract]:In order to solve this problem , a new control scheme is proposed to improve the transient performance of the power system . In order to improve the robustness of the closed - loop system , we design a new control system design scheme .

【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM712

【参考文献】