超导磁储能与发电机励磁的多指标非线性协调控制

采用多指标非线性控制设计方法对SMES与汽轮发电机的励磁进行协调控制设计。多指标非线性设计方法通过恰当地选择输出函数来改变闭环系统的特征根位置，以获得良好的系统控制性能。设计表明，采用多指标非线性控制设计方法能很好地解决高维、多输入多输出非线性控制系统的非线性控制设计问题。仿真结果表明，所设计的控制规律能很好的兼顾系统各状态量的动、静态特性，有效提高系统的稳定运行能力，明显提高系统各输出量的控制精度。     

电池储能系统与发电机励磁的多指标非线性协调控制

采用多指标非线性控制方法对电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)与汽轮发电机的励磁进行协调控制设计.相比于其他的灵活交流输电系统(Flexible Alternating Current Transmi ssion System,FACTS)器件,BESS的优点在于能够同时对电力系统的有功和无功功率进行快速且有效的控制.设计表明采用多指标非线性控制设计方法能很好地解决高维MIM0非线性系统的控制设计问题.仿真结果表明所设计的控制规律能明显地改善系统各状态量的动态特性,并有效地提高系统的稳定运行能力.     

发电机励磁与TCSC的非线性协调控制

针对电力系统的稳定性问题,设计了发电机励磁系统与可控串联补偿TCSC(thysistor controlled series compensation)装置的协调控制器。该方法从发电机励磁系统与TCSC模型出发,建立了含TCSC的单机无穷大系统的四阶非线性状态空间模型,利用非线性系统的微分几何理论,将其非线性模型精确线性化。在线性化模型的基础上,考虑电力系统运行参数的不确定性,采用滑模控制理论对发电机励磁系统与TCSC进行协调控制,通过指数趋近律和准滑动模态方法,最终获得了整个系统的滑模协调控制规律。单机无穷大电力系统仿真结果表明,所设计的协调控制方法对电力系统的扰动具有良好的适应性和鲁棒性,提高了电力系统的稳定性。     

UPFC与发电机励磁多指标协调控制设计

针对统一潮流控制器(UPFC)与同步发电机励磁控制系统,结合控制系统控制特性及多指标控制设计理念,选取多个目标状态量线性组合为输出函数,运用多指标非线性控制算法,设计了统一潮流控制器(UPFC)的新控制策略,最后在单机无穷大系统上对其进行暂态仿真.仿真结果表明,所设计的多指标协调控制系统能够很好的解决接入点静态偏移的问题,并有效地控制节点电压和线路的潮流,改善了电力系统的暂态稳定性.     

电池储能系统与发电机励磁的多指标非线性协调控制

采用多指标非线性控制方法对电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)与汽轮发电机的励磁进行协调控制设计。相比于其他的灵活交流输电系统(Flexible Alternating Current Transmission System, FACTS)器件, BESS的优点在于能够同时对电力系统的有功和无功功率进行快速且有效的控制。设计表明采用多指标非线性控制设计方法能很好地解决高维MIMO非线性系统的控制设计问题。仿真结果表明所设计的控制规律能明显地改善系统各状态量     

励磁与SMES协调控制中的静态偏移问题

针对汽轮发电机励磁与SM ES线性最优协调控制设计时出现的发电机端电压静态偏移问题,采用了积分线性最优控制设计方法。仿真表明:该控制规律能够很好地兼顾系统各状态量的动、静态特性,消除了发电机端电压的静态偏移,提高了系统的稳定运行能力。     

具有多性能指标的汽轮发电机非线性综合控制

提出了一种多指标非线性控制设计方法，该方法通过将输出函数选取为多状态量的线性组合来实现非线性系统的多性能指标控制，从而可在统一的非线性控制设计框架下同时对系统中多个状态量的性能指标提出要求，并可在系统的动态性能和静态性能间进行很好的协调。将所提出的多指标非线性控制设计方法应用于汽轮发电机组的励磁、调速综合控制中，成功地解决了汽轮发电机非线性综合控制中的动、静态性能的综合协调问题。将所设计的汽轮发电机多指标非线性综合控制律用于单机无穷大电力系统的同步发电机组中进行仿真实验，结果表明所提出的控制律不仅能明显地提高发电机的动态稳定性，而且能准确地将发电机的端电压Uf和输出电磁功率Pe控制在其给定值上运行，不会因受扰而发生偏移。这表明所提出的控制律能很好地协调系统的动、静态性能。     

单输入单输出微分代数系统的多指标非线性控制方法

针对含隐函数的单输入单输出微分代数系统,提出多指标非线性控制设计方法,以确保各状态量均具有良好的动、静态性能。借助于哈特曼–格鲁勃曼(Hartman-Grobman)定理推证非线性微分代数系统对应的一次近似系统的特征根与输出函数中参数矩阵(c1,c2)之间的关系,从而揭示了该方法的实质。将该方法应用于非线性微分代数模型的发电机单机无穷大系统中,设计了一个多指标的非线性励磁控制律。仿真表明:该控制律既能增强系统的稳定性,又能提高发电机机端电压控制精度,使各个状态量快速地追踪其给定值。说明该方法能有效地解决微分代数系统的动、静态性能的协调问题。     

输出函数在单输入单输出非线性控制系统设计中的重要作用

深入研究了输出函数在非线性控制设计中的作用，指出输出函数在非线性控制设计中的一个重要功能是对闭环系统进行极点配置。并提出了一个对非线性控制系统具有一定普适性的输出函数形式。讨论了如何选择和确定该输出函数以及如何通过该输出函数来实现对系统闭环极点进行配置的方法。文中主要针对单输入单输出系统进行讨论，并以发电机励磁控制系统为例，给出应用实例。仿真结果表明按文中提出的观点选择输出函数，所设计的控制律能很好地协调发电机励磁控制系统各状态量的动、静态性能，不仅提高了发电机的动态稳定性，而且能准确地将发电机的端电压Uf控制在其给定值上运行，不会因受扰而发生静态偏移。     

微分代数模型可控制动电阻与励磁系统多指标非线性控制

针对微分代数模型的水轮发电机组可控制动电阻(Thyristor Controlled Braking Resistor,TCBR)与励磁系统进行多指标非线性扰动解耦控制律设计。微分代数模型多指标非线性设计方法(Differential Algebraic System Multi-Index Nonlinear Control,DASMINC)将输出函数选取为系统关键变量线性组合的形式,通过扰动解耦设计,借助哈特曼-格鲁勃曼(Hartman-Grobman)定理,适当选取输出函数参数矩阵配置微分代数模型闭环系统平衡点处特征根位置,使系统获得优良控制性能。仿真结果表明该方法控制的TCBR与发电机励磁系统能大幅提高水电站输电系统暂态稳定性,抗扰能力强,且能很好协调各状态量的动、静态性能。     

提高暂态稳定的励磁与FACTS协调策略设计

灵活交流输电系统(FACTS)元件及发电机励磁系统对远距离输电系统的暂态稳定性有很大的影响。该文针对单机远距离与电网互联系统，提出采用非线性最优变目标策略协调设计发电机励磁、可控串补（TCSC）和静止无功补偿器(SVC)，从而提高首摆稳定性及快速阻尼后续振荡。所提协调方案是基于TCSC在故障期间闭锁时，SVC作为TCSC的辅助控制手段，当故障清除后，立即投入TCSC，从而使TCSC、SVC与发电机励磁同时贡献于暂态稳定性。在整个过程中，采用非线性最优变目标控制策略来协调所有控制器，即在暂态稳定第一摆及后续动态过程中预先设定两个目标：其一是励磁与FACTS输出最大，从而保证系统最大的暂态稳定域；其二是当发电机滑差接近于零时，控制器以阻尼功率振荡为目标，以使系统迅速恢复至稳态。最后采用NETOMAC仿真软件在我国阳城—淮阴输电工程中进行了仿真，并与常规PID控制进行了比较。结果表明，所提策略是正确的，有效的。     

基于最优变目标策略的TCSC与励磁系统协调控制

发电机励磁系统以及可控串联电容补偿器(thyristor- controlled series capacitor,TCSC)对远距离输电系统的稳定性影响很大。基于最优变目标控制(optimal variable aim control,OVAC)理论,提出了TCSC与励磁系统协调控制的方法。首先针对含有TCSC的单机无穷大系统的非线性模型,建立了状态空间方程;然后利用最优变目标控制理论推导出了TCSC与励磁系统的协调控制规律;最后利用算例进行了仿真验证。仿真结果表明,该策略提高了系统阻尼,有效地抑制了系统的功率振荡,改善了系统的稳定性。     

中间再热式汽轮发电机组的多指标非线性综合控制器的研究

采用多指标非线性控制设计方法,对中间再热式汽轮发电机的高、中压缸以及励磁控制系统进行综合考虑,并计及中间再热器的动态过程,设计了一种大型汽轮发电机的多指标非线性综合控制器.仿真结果表明,该控制器能很好地兼顾受控系统多个状态量的响应特性,协调系统的动、静态特性,并使发电机具有满意的输出特性.     

不确定微分代数系统的多指标非线性鲁棒自适应控制方法

针对含不确定因素的多输入多输出微分代数系统,提出一种多指标非线性鲁棒自适应控制方法(multi-index nonlinear robust adaptive control,MINRAC),并将其应用于汽门开度与发电机励磁的协调控制上。数字仿真表明：在系统参数不确定和存在外部扰动的情况下,该方法能够使得系统的多个指标都运行在期望的工作点上而不发生静态偏移。对于不同类型的扰动,如有功功率阶跃,三相短路,该控制方法都能很好地镇定系统,并且能够消除机端电压偏差。与多指标非线性控制(multi-index nonlinear control,MINC)和多指标非线性鲁棒控制(multi-index nonlinear robust control,MINRC)相比,该文提出的方法能更好地兼顾系统的动静态性能。     

A design method of nonlinear optimal predictive controller for thyristor controlled series compensation

In this paper, a design method of thyristor controlled series compensation (TCSC) controller with closed-form analytic solution control law is presented so as to improve transient stability and dynamic performance of power systems, on the basis of nonlinear optimal predictive control theory. The control scheme is robust and considers uncertainty of power systems. The stability of the closed-loop system is guaranteed by the control law which does not require on-line optimization and the huge calculation burden is avoided, besides, all input variables can be obtained locally. The simulation results demonstrate that the controller may improve transient stability and dynamic performance of power systems significantly.     

基于Adams多步法预测的励磁控制器的设计

本文介绍了一种新的励磁非线性控制器设计方法,该方法使用预测控制理论以单机无穷大系统励磁控制为对象,以功角、角速度和有功功率作为变量,以发电机转子角速度为输出函数,用Adams四阶预测法展开输出函数,幵迚行在线滚动优化,最后得到了预测励磁控制规律。仿真结果表明,该方法与泰勒级数方法比较,既能改善发电机的机械稳定性,又能改善发电机端电压的动态特性,具有较高的控制品质。     

A nonlinear control for coordinating TCSC and generator excitation to enhance the transient stability of long transmission systems

The transient stability of a long transmission system can be significantly influenced by the action of excitation systems and any TCSC controls installed. This paper presents a coordinated control scheme for excitation systems and TCSC controls for improving the stability of a transmission system, where a power plant is connected with a power grid through long transmission lines. Based on the TCSC equivalent reactance and the modulated active power, a control law for the TCSC is deduced associated with the control law of the excitation system on nonlinear basis. The proposed control scheme is developed upon nonlinear optimal-variable-aim strategies (OVAS). With two pre-selected aims to be achieved during first swings following a fault and in sequent dynamic ranges, coordinated actions of the TCSC and excitation system can be an effective means of enhancing transient stability and damping subsequent oscillations. The effectiveness and robustness of OVAS-based controls are demonstrated with a one-machine system, where the simulations are carried out by the NETOMAC program system. In comparison with a conventional control scheme, significant improvements in dynamic performance of the test system are achieved by the proposed control strategy.