基于自适应Backstepping设计的TCSC非线性鲁棒控制器

电力系统是强非线性的动态大系统,在运行中总要受到外部干扰和内部干扰的影响,从而对其稳定运行造成严重威胁.本文针对带有TCSC单机无穷大母线系统的三阶鲁棒模型,在考虑阻尼系数未知及系统受外部扰动的情况下,将自适应backstepping方法与非线性L₂增益干扰抑制理论融合,构造出系统的存贮函数,并获得非线性自适应鲁棒控制器及参数替换律.所得控制器不仅能够保证系统状态有界,而且能够有效抑制干扰对系统输出的影响.通过对单机系统的仿真结果表明采用该方法的控制器优于传统的控制器.     

考虑输入约束的发电机汽门非线性自适应控制

研究具有汽门控制和阻尼系数不确定的单机无穷大系统的暂态稳定性问题. 通过引入切换机制, 解决了输入控制量幅值约束问题. 基于主汽门控制和快速汽门控制思想, 建立了一个由汽门控制的单机无穷大汽轮发电机切换系统模型. 应用本文提出的改进自适应Backstepping方法设计了切换子系统的非线性自适应控制器和参数替换律, 同时构造出切换系统的共同Lyapunov函数, 从而保证了切换系统的稳定性. 由于设计过程中, 未用到任何线性化方法, 因而所得控制器充分利用了系统的非线性特性. 仿真结果表明了设计方法的有效性和优越性.     

含静止同步串联补偿器的单机系统非线性综合控制器设计

本文考虑含静止同步串联补偿器(SSSC)的单机无穷大系统、汽门、励磁各变量间的相互作用建立了4阶多变量3输入3输出非线性模型, 在此模型基础上, 运用动态逆系统方法完成解耦和线性化, 构造出3个单输入单输出的伪线性系统, 并采用变结构控制理论分别设计控制器. 根据MATLAB仿真结果验证了该控制方法对发电机功角, 机端电压和传输功率这3个控制指标有很好的控制效果.     

发电机的非线性自适应逆推综合控制

发电机励磁和汽门系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合、不确定复杂系统,其综合控制将会改善电力系统稳定性和动态品质,所以设计简单、有效的综合控制器既必要又困难.针对单机无穷大励磁与汽门系统,运用自适应逆推方法和系统的Lyapunov函数,获得了发电机的非线性综合控制器和参数替换律,文中给出了该控制器的具体设计步骤.由于在控制器设计中没有运用任何线性化方法,因而所得控制器充分利用了系统的非线性特性;同时考虑了发电机阻尼系数的不确定性,使得控制器对系统参数的变化具有很强的鲁棒性.数字仿真结果表明,所设计的控制器具有鲁棒性,并可有效地提高电力系统的稳定性.     

非线性不确定系统的H∞滑模控制

对于一类具有不满足匹配条件干扰的非线性不确定系统,定义了H∞滑模控制问题Q1.通过状态变换和状态反馈以及干扰重定义,提出了线性系统的滑模干扰抑制问题Q2.问题Q2可以通过解Riccati不等式得以解决.在一定的假设条件下,证明了可以通过解Q2获得Q1问题的解.最后给出了保证滑模存在的控制律.单机无穷大系统励磁控制的计算机仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于哈密顿能量理论的发电机励磁与ASVG协调控制

针对含有先进静止无功发生器(ASVG)的单机无穷大系统,建立了4阶非线性状态空间数学模型.基于Hamilton能量函数理论,设计了ASVG安装点电压与发电机励磁的新型非线性协调控制器.数字仿真结果表明,在系统遭受到较大干扰的情况下,所设计的控制器可同时满足发电机励磁与ASVG装设处电压的暂态稳定性要求.     

具有随机扰动抑制的同步发电机励磁控制器

针对单机无穷大发电系统机械功率与功率角的随机扰动对系统稳定性影响,建立了暂态过程中励磁调节的随机非线性模型,根据随机系统Lyapunov稳定性判据和随机非线性积分反推方法设计励磁控制律,抑制系统的随机扰动以提高系统稳定性.通过数值仿真验证了随机扰动抑制方法的正确性和有效性.     

非线性不确定系统的H∞滑模控制

对于一类具有不满足匹配条件干扰的非线性不确定系统, 定义了H_∞ 滑模控制问题Q1.通过状态变换和状态反馈以及干扰重定义, 提出了线性系统的滑模干扰抑制问题Q2. 问题Q2 可以通过解Riccati不等式得以解决. 在一定的假设条件下, 证明了可以通过解Q2 获得Q1问题的解. 最后给出了保证滑模存在的控制律. 单机无穷大系统励磁控制的计算机仿真结果表明了该方法的有效性.     

静止无功补偿器的自适应逆推无源反馈控制设计

通过将耗散系统理论和自适应逆推(adaptive backstepping)非线性控制算法相结合, 克服了无源反馈方法只能为输入输出相对阶为1的系统设计控制律的限制, 为带有静止无功补偿器的单机无穷大电力系统设计了鲁棒自适应控制器. 设计中兼顾了系统遭受不确定扰动以及阻尼系数难以精确测量情况下控制器的鲁棒性和自适应能力. 理论分析证明所提算法可保证系统内所有状态变量一致有界且渐近稳定, 系统误差全局渐近稳定. 仿真结果也表明, 所提算法使系统母线电压, 发电机功角以及转子角速度的暂态响应性能优于传统逆推算法, 系统误差迅速收敛至零, 与理论证明结果一致.     

用于SVC的一种模糊非线性变结构控制方法

采用直接反馈线性化方法得到有SVC单机无穷大系统线性模型状态方程。以此为被控对象,设计了一个滑膜变结构控制器,将滑膜切换面函数值及其变化率作为模糊控制器输入,以调整控制量输出。通过仿真验证,所设计的SVC模糊滑膜控制器可以有效的改善系统功率环境,受到扰动时可以迅速的平息功率的变化。     

Damping performance improvement for PV-integrated power grids via retrofit control

In this paper, we develop a distributed design method for power system stabilizers (PSSs) that improve damping performance for deflections caused by contingencies in a power grid in which large-scale PV penetration is introduced. We suppose that there are multiple independent system operators in a grid and each system operator designs a PSS based on the corresponding subsystem model information alone. The controller design method for PSSs under the restriction on available model information is called distributed design. Although practical distributed design methods are typically based on single-machine infinite-bus system, the problem here is that the designed controller possibly destabilizes the grid. In this paper, we propose a novel distributed design method for power grids based on retrofit control theory. The designed PSS can theoretically guarantee the stability of power grids and also improves damping performance. Through a numerical example for the IEEJ EAST 30-machine power system, the effectiveness of our proposed method is verified compared with the conventional method.     

Implementation and experimental studies of an adaptive self-optimizing power system stabilizer

This paper describes the implementation and experimental studies of an adaptive self-optimizing pole shifting power system stabilizer. Using an Intel iSBC386/21 single-board computer, the adaptive power system stabilizer has been tested on a physical model of a single-machine infinite-bus power system. Under different operating conditions and disturbances, the behavior of the proposed adaptive stabilizer was investigated. Comparison has also been made to a digital-type conventional fixed-parameter power system stabilizer. Results of the experimental studies show that the proposed adaptive stabilizer outperforms the conventional stabilizer.     

Optimal power system stabilizer

Optimal control theory applied to find excitation control signals to stabilize synchronous machines is well developed (Yu et al. 1970). This paper presents a new effective method to design such an optimal power system stabilizer. A new algorithm to solve the algebraic Riccati equation (ARE) is presented. The stabilizing signal was tested on a single-machine infinite-bus system.     

一种基于规则和学习算法设计的电力系统智能PID控制器

提出了一种基于规则和学习算法设计的电力系统智能ＰＩＤ控制器的设计方法。通过对固定参数电力系统ＰＩＤ控制器性能的研究，验证并获得了一些关于电力系统电压和稳定性控制协调与鲁棒性的结论。在此基础上，研制出一种智能ＰＩＤ控制器，它由基于规则的开关控制和基于学习控制的算法组成。在单机无穷大电力系统中应用的非线性仿真表明，这种智能ＰＩＤ控制器满足电力系统电压和稳定性协调控制的要求，且具有较强的鲁棒性。     

设计灵活交流输电稳定器的相位补偿器（Ⅱ）：多机电力系统

在电力系统推广Ｐｈｉｌｉｐｓ－Ｈｅｆｒｏｎ模型的基础上［１，２］，首次系统地将传统的相位补偿法应用于灵活交流输电稳定器（ＦＡＣＴＳ－ｂａｓｅｄｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）的设计，以镇定电力系统振荡，提高系统的稳定性。本篇将相位补偿法推广应用于多机电力系统，并给出一应用实例。     

Design and analysis of SSSC-based supplementary damping controller

Power-system stability improvement by a static synchronous series compensator (SSSC)-based damping controller is thoroughly investigated in this paper. The design problem of the proposed controller is formulated as an optimization problem, and real coded genetic algorithm (RCGA) is employed to search for the optimal controller parameters. Both local and remote signals with associated time delays are considered in the present study and a comparison has been made between the two signals. The performances of the proposed controllers are evaluated under different disturbances for both single-machine infinite-bus power system and multi-machine power system. Simulation results are presented and compared with a recently published modern heuristic optimization technique under various disturbances to show the effectiveness and robustness of the proposed approach.     

基于遗传算法的电动助力转向系统鲁棒H∞控制

针对电动助力转向系统(EPS)中存在的模型不确定性和路面干扰问题, 提出了基于遗传算法的鲁棒H∞控制方法. 构建了EPS系统数学模型, 以驾驶员获得较小的干扰波动和卓越的鲁棒性为控制目标, 运用鲁棒H∞方法极小化干扰问题, 将系统设计中加权函数的选取表示成多目标问题, 用遗传算法对其优化求解, 得到鲁棒控制器. 分析了受到路面干扰时, 方向盘把持转矩的响应情况. 仿真结果表明, 遗传优化后的EPS鲁棒控制器有效地增强了系统的鲁棒稳定性, 提高了系统的抗干扰能力, 使驾驶员获得满意的路感, 提高了行驶安全性.     

SPS与VB无缝集成的电力系统功角稳定仿真研究

运用MATLAB电力系统仿真模块集SPS构建了单机—无穷大系统Simulink模型,对电力系统稳定器(PSS)抑制电力系统小扰动低频振荡的效果进行了仿真;对提高电力系统大扰动功角稳定性的措施,如自动电压调节器(AVR)及电力系统稳定器(PSS)、快速切除故障、故障限流器(FCL)、自动重合闸等手段的使用效果进行了仿真验证;并结合单机—无穷大系统的Simulink模型运用ActiveX技术实现SPS与VB的无缝集成,将SPS的仿真结果用VB界面显示,较好地弥补了MATLAB用户界面不友善的缺陷,为《电力系统分析》课程进行CAI设计提供了思路。