非线性输出反馈控制的理论改进及其在电力系统励磁控制中的应用

介绍一种新的适用于一般结构非线性多输入多输出系统的输出反馈控制理论,提出该理论的一种改进形式,从而扩展其应用范围,并进而应用于电力系统励磁控制.针对单机无穷大系统,采用角速度、机端电压及电流为反馈信号,首次推导出系统的可观域,并基于上述改进理论设计一种新的非线性输出反馈励磁控制器.该控制器不需要转子角信号,从而比一般的非线性状态反馈励磁控制器实践性强.最后利用PSCAD/EMTDC对该控制器进行暂态仿真,以验证其对电力系统扰动的抑制效果.     

随机最优非线性网络控制系统设计

针对网络控制非线性系统中存在的不确定时延，利用Delta算子方法，研究了基于T-S模糊模型的随机最优网络控制问题。采用T-S模型模糊动态逼近非线性系统，将非线性模型模糊化为局部线性模型，设计了本质为非线性的具有时延补偿功能的状态反馈控制器，并进行了稳定性分析，并仿真。结果表明，所提出的建模方法是可行的，实质为非线性的状态反馈的控制器能够有效地补偿时延对系统性能的影响，且补偿效果好。     

基于输出反馈控制理论的HVDC附加次同步阻尼控制器

通过在直流输电系统的整流站装设附加次同步阻尼控制器可以削弱交直流并联输电系统中发生的次同步振荡。利用输出反馈线性最优控制理论设计附加次同步阻尼控制器,选取与控制器密切相关的反馈信号Δω5、ΔαR,求解有约束条件的Levine-Athans方程,得出附加控制器的输出反馈增量。特征值分析和时域仿真结果表明:所设计的附加次同步阻尼控制器在很宽的串联补偿条件下能有效地抑制交直流并联输电系统中发生的次同步振荡。     

基于多类型换流设备的受端电网耦合鲁棒阻尼控制策略

针对混合级联直流馈入与柔性输电设备密集接入的受端电网,为增强其特定振荡模式的阻尼,利用不同换流设备控制回路间的相互作用,提出了一种基于多输入多输出系统模型的耦合鲁棒阻尼控制器设计方法。根据主模比指标选取振荡抑制效果最佳的反馈信号作为控制器输入信号;利用总体最小二乘-旋转不变技术识别系统的振荡模式并辨识系统降阶模型;采用混合H₂/H_∞方法设计耦合鲁棒控制阻尼器。控制器采用平衡截断法进行降阶,兼具鲁棒性能与实际工程应用。混合级联直流与受端江苏电网互联系统的时域仿真结果表明,相比于传统超前-滞后控制器,耦合鲁棒阻尼控制器在多种扰动和故障下均能有效抑制低频振荡,使系统快速恢复稳定运行。     

基于STC12C2502的UTP网线测试模块设计

本文提出了一种有效的检测UTP的线序、断路和短路现象的设计方案。采用单片机与远端模块通信来实现,远端模块由单片机供电并反馈脉冲信号,单片机处理信号并显示网线的连接情况。经过测试,本设计可以友好的显示UTP的线序、断路、短路。     

基于多目标进化算法的TCSC非线性控制器设计

提出了一种利用多目标进化算法设计可控串联补偿（TCSC）非线性稳定控制器的方案，设计目标是选取合适的控制器参数，达到提高电力系统暂态稳定性的效果。将非线性控制器反馈增益的选择归结为参数优化问题，并且在优化过程中同时考虑电力系统响应的多项性能指标。采用该方法优化的非线性控制器参数可以较有效地阻尼电力系统振荡。     

基于快速输出采样的MIMO离散系统变结构控制

针对一类含有界扰动的多输入多输出离散时间线性系统，采用快速输出采样反馈技术（FOS），设计了离散变结构控制器，并给出了确定控制器参数的方法，且未知扰动的界已知但不要求满足匹配条件。理论分析表明，所设计的控制器能保证闭环系统是有界稳定的，无需利用系统的状态作为反馈而仅利用输出采样来设计控制器，因而具有较强的实用性且易于实现。通过仿真验证了结论的有效性。     

多馈入高压直流输电系统的分散协调控制研究

为了提高多馈入直流输电系统的稳定性，该文采用可选择控制结构的部分输出量反馈最优分散协调控制算法设计出了以全系统动态最优为目标的分散协调直流附加控制器，并在设计步骤中引入模态可控程度与模态可观测程度的概念来优选控制器安装地点以及控制反馈信号．从而最大程度地发挥了该控制算法可选择控制结构的特点。算例仿真分析显示了所设计控制器在协调作用下对系统多个振荡模态的良好阻尼效果，证明了该协调控制器设计方法的有效性。     

基于有效相对增益矩阵的多直流协调分散控制

提出了一种基于有效相对增益矩阵(ERGA)的多直流控制回路配对方法。由于ERGA兼顾了带宽和稳态增益,计及了系统的动态特性,它能有效降低直流之间的耦合作用,避免发生模式谐振而恶化控制效果,便于分散控制器的设计。同时,本文基于ERGA提出了多直流协调控制策略,首先采用总体最小二乘-旋转不变技术参数估计(TLSESPRIT)算法对不同可取信号辨识系统传递函数,分析系统振荡模态和振型,从而得到各反馈信号的稳态增益和带宽。其次通过ERGA量化地分析各直流采用不同信号配对方式时的交互影响程度,并选取耦合作用最小的信号组合作为反馈信号,最后设计了考虑时滞的阻尼控制器。PSCAD仿真结果证明了该控制策略的有效性。     

基于模糊神经网络的锥形滚柱式磁悬浮轴承控制的研究

介绍了锥形滚柱式磁悬浮轴承的实验系统并利用线性控制原理对其建立了数学模型。应用神经网络和模糊控制理论设计了非线性控制器。从线性最优控制器设计值中提取经验规则，并将模糊化后的变量引入神经网络结构，然后采用变尺度算法对网络参数进行优化，解模糊后得到反馈增益矩阵。仿真结果表明控制器对静态和暂态稳定均有良好效果。     

Reconfigurable control as actuatorfault-tolerant control design for poweroscillation damping

This paper presents design of an self contained actuators unit in wide area damping control of power system in stabilizing system response for both nominal system condition and during actuator faults. First it is presented that use of multiple actuators in wide area control aid in improving damping in power system. A wide area damping controller feeding multiple actuators to satisfy multiple objectives in wide area damping control of power system is designed. Minimization of infinity norm of closed loop transfer function of power system with wide area controller in feedback path & closed loop poles placement techniques are used in controller synthesis. Second a reconfigurable control on the lines of fault hiding principle is added to the controller design to maintain system damping to pre-fault level in case of actuator faults. A reconfiguration component(RC) is activated on occurrence of actuator fault thereby reconfiguring system dynamics and redistributing wide area control signal among remaining active actuators. RC together with remaining active actuators and under same wide area damping controller maintains system damping to pre-fault level thereby preserving system dynamic response. In the reconfigurable control design presented here no new actuators outside the unit of actuators designed for wide area damping control is required. This makes for an self contained actuators unit in wide area damping control of power system both for nominal system condition and for system affected by actuator faults. A two area power system model is considered here for demonstrating effectiveness of designed robust damping controller with multiple outputs feeding multiple actuators in wide area control and illustrating the idea of self contained actuators unit for maintaining system damping in case of actuator faults.     

基于混合H2/H∞控制理论的交直流并联系统机网阻尼协调控制

针对交直流并联运行系统阻尼不足、存在区域间低频振荡的问题,文中提出一种基于混合H_2/H_∞控制理论的交直流并联系统的机网阻尼协调控制策略。首先采用最小二乘-旋转不变算法辨识出系统振荡模式和开环降阶模型,结合混合H_2/H_∞控制理论,在高压直流输电和发电机中设计了附加鲁棒阻尼控制器,该控制器采用线性矩阵不等式的求解方法和输出反馈构造,求解容易,控制器构造简单,具有较强的鲁棒性。最后在PSCAD/EMTDC中搭建四机两区域测试系统,并与传统附加阻尼控制器对比,仿真结果验证了机网阻尼协调控制的有效性、鲁棒性。     

可控制动电阻控制器广域协调优化方法研究

提出一种基于广域测量系统和三级共态预估算法的可控制动电阻控制器广域协调优化方法.将多机系统中的可控制动电阻控制器分成本地控制器和协调控制器两层,采用三级共态预估算法对分散的本地控制器进行非线性协调优化,使系统获得全局最优的控制效果.所提方法计算量小,并能在本地形成闭环反馈控制,适合于在线应用.仿真结果表明所提方法可以明显提高系统的暂态稳定性,并改善系统的动态品质.     

A hybrid BFOA–MOL approach for FACTS-based damping controller design using modified local input signal

A hybrid Bacteria Foraging Optimization Algorithm and Many Optimization Liaisons (hBFOA–MOL) is employed in this paper to design a Flexible Ac Transmission Systems (FACTS)-based damping controller for power system stability improvement. The input signal to the FACTS-based damping controller is derived from the locally measurable line active power. The design problem of the proposed controller is formulated as an optimization problem and hBFOA–MOL algorithm is employed to search for the optimal controller parameters. At the outset, this concept is applied to a Static Synchronous Series Compensator (SSSC) connected in a single-machine infinite bus (SMIB) power system and then extended to a two-area four-machine power system. The performances of the proposed controllers are evaluated in SMIB and multi-machine power system subjected to various severe disturbances. To show the effectiveness and robustness of the proposed design approach, simulation results are presented and compared with both local and remote signals. It is observed that the proposed controller with modified local input signal exhibits a superior damping performance in comparison to both remote and local input signals.     

Decentralized robust adaptive-output feedback controller for power system load frequency control

In this paper, a new model reference-decentralized robust adaptive-output feedback controller is proposed for the load frequency control (LFC) of large-scale power systems with unknown parameters. This control strategy requires only local input–output data and can follow random changes in the operating conditions. The controller is designed such that the trajectory errors and the control gains of each area remain uniformly bounded. In the proposed method, firstly an adaptive observer is designed to estimate the state variables and system parameters using local data only. Then a locally linear combination of the estimated states and the model reference states are used to design a robust adaptive-output feedback controller for each area. Simulation results for a three-area power system show that the proposed controller achieves good performance even in the presence of plant parameter changes and system non-linearities. Received: 18 October 2001/Accepted: 24 October 2001     

基于零动态和变结构控制的发电机汽门和励磁非线性综合控制

针对电力系统暂态过程的非线性特性,利用励磁控制和汽门控制的特点,以功角和电压稳定为目标提出一种发电机汽门和励磁综合控制思想。励磁控制以稳定电压为目标,结合基于零动态和变结构控制的概念和原理进行设计,有效地维持了电压水平。汽门控制以功角稳定为目标,通过计算零动态系统的暂态能量函数,利用Lyapunov稳定理论,得到稳定流形作为切换面,然后设计相应的变结构非线性汽门控制律,将零动态系统限制在所设计的稳定流形上。变结构控制的特性使控制律具有一定的鲁棒性。汽门控制设计中未使用任何线性化方法,因而控制律对系统的非线性特性完全适应。试验结果表明所设计的控制器不仅对小干扰和大干扰暂态过程具有很好的稳定作用,而且在动态过程中能很好地稳定电压,动态过程具有更好的供电品质。     

双馈风电机组抑制电力系统低频振荡的鲁棒控制策略

针对大规模风电场接入电力系统面临的低频振荡问题,提出了一种双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)附加鲁棒控制策略,通过控制双馈风电机组的转子侧无功输出向系统注入无功功率以达到提升系统阻尼的目的。首先采用TLS-ESPRIT辨识算法辨识出系统模型,然后采用基于区域极点配置的鲁棒控制理论设计附加阻尼控制器。为对所提控制方法相比于传统控制方法的优势,设计了基于极点配置的阻尼控制器。最后在PSCAD软件中搭建含风电的两区域模型验证所提控制方法的有效性。仿真结果表明DFIG附加鲁棒控制器能有效抑制电力系统低频振荡,具有较好的鲁棒性。     

Decentralized stability-enhancing control of synchronous generator

This paper describes new structures for stability-enhancing excitation controllers designed using a nonlinear multi-machine system model and Lyapunov's direct method. Two control structures are presented: a hierarchical structure In which the AVR is the master controller and the PSS the slave controller and a traditional structure in which the PSS constitutes a supplementary loop to the main AVR. Both controllers are shown to be robust, as the damping they introduce into the system is insensitive to changes in both the system topology/parameters and the pattern of network flows. Each individual controller contributes positively to the overall system damping with no undesirable interaction between controllers. These features should allow a decentralized approach to the design of the AVR+PSS. Such a design approach is compatible with the new competitive market structures and should result in savings on commissioning costs. Simulation results for a multi-machine power system are presented that confirm the above and show that the two control structures are very effective in damping both local and inter-area power swings     

直线伺服系统的鲁棒保性能控制研究

对具有不确定性的直线电机伺服系统进行鲁棒控制。把一矢量控制的永磁直线电机构成一个三环系统，在速度环和电流环内采用IP速度控制器和状态反馈控制器，以实现电机的高精度快速进给，并抑制外部扰动对系统的影响。为了保证对于所有允许的参数不确定性，系统都具有所期望的性能，采用保性能控制方法设计其最优状态反馈保性能控制器。对电机在两种最恶劣情况下作了仿真实验。结果表明，和传统的方法相比，用该方法设计的直线伺服系统具有性能鲁棒性，当参数变化时，系统具有较好的抗扰性和跟踪性能。     

基于模态分析与相对增益矩阵的多STATCOM交互影响分析与仿真

STATCOM以快速无功控制稳定电压,但缺乏协调配合会产生交互影响。采用模态分析与相对增益矩阵(relative gain array,RGA)结合的方法进行交互影响分析,借助精确反馈线性化改进内层电流控制。建立多STATCOM系统的状态空间表达式,通过模态分析确定系统出现负阻尼振荡模式的控制器参数;结合状态空间表达式系数矩阵,求解相对增益矩阵,研究输入信号及电气距离与交互影响的关联机理;结果表明STATCOM控制器比例增益设置会引入新的局部振荡模式,引起低频功率振荡;而参考电压与电气耦合程度是负交互影响产生的重要因素。针对传统内环电流控制,利用非线性控制理论对其改进,设计输入状态反馈线性化控制器;借助线性二次型控制理论确定状态反馈矩阵,推导最优控制律,实现受控状态对期望状态的最优逼近;仿真结果表明非线性控制器能有效改善参考信号阶跃引起的功率波动,显著提高系统阻尼。