带电压反馈的非线性最优励磁控制器设计

传统非线性控制器对系统暂态时的角频率和功角的稳定具有显著效果,但对机端电压的控制却并不理想.为解决这一问题,将状态反馈精确线性化理论和最优控制理论相结合设计了一种非线性最优励磁控制器,并在控制中引入电压反馈,即将具有良好机端电压控制效果的基于电压偏差的PID控制和非线性最优控制相结合设计了一种新型励磁控制器.通过使用Matlab对算例进行仿真,验证了该控制器在小扰动和大扰动情况下不仅能够保证角频率、功角的稳定,还能很好地稳定机端电压,明显改善了传统控制器在机端电压控制方面的缺陷.     

带电压反馈的非线性最优励磁控制器设计

传统非线性控制器对系统暂态时的角频率和功角的稳定具有显著效果,但对机端电压的控制却并不理想。为解决这一问题,将状态反馈精确线性化理论和最优控制理论相结合设计了一种非线性最优励磁控制器,并在控制中引入电压反馈,即将具有良好机端电压控制效果的基于电压偏差的PID控制和非线性最优控制相结合设计了一种新型励磁控制器。通过使用Matlab对算例进行仿真,验证了该控制器在小扰动和大扰动情况下不仅能够保证角频率、功角的稳定,还能很好地稳定机端电压,明显改善了传统控制器在机端电压控制方面的缺陷。     

一种非线性自适应最优励磁控制器的设计

提出了一种非线性自适应最优励磁控制器。新控制设计方法基于同步发电机的三阶双轴数学模型,其仅由代数运算实现的分散非线性反馈补偿律保证了系统在各种运行方式下具有足够的稳态调节精度。控制算法内置一个简单的在线自适应变增益策略以达到在各种工况与动态最优化控制的目的,通过求解闭环特征值优化问题来选到权矩阵的方法改善了系统受扰后的暂态响应性能。仿真计算结果表明,与传统的线性最优控制器相比,新的励磁控制器具有多方面优点。     

具有电压和功角稳定的双励机非线性最优励磁控制

在坐标变换和状态反馈控制的基础上，结合动力系统方法，推导设计了同时考虑电压与 功角稳定的双轴励磁同步发电机(双励机)的非线性最优励磁控制器。对单机-无 穷大系统仿真结果表明，采用非线性最优励磁控制的双励机，不仅调节精度高，而且动态品 质好，能较大幅度地提高系统的动态稳定性和暂态稳定性。     

二轴励磁同步发电机非线性最优励磁控制

研究了二轴励磁同步发动机的非线性最优励磁控制。考虑系统非线性特性推导出非线性成励磁控制规律,并与单轴及二轴励磁同步发电机线必成励磁控制进行了比较。仿真结果表明,本文提出的控制方案大大地改善了电力系统静态及暂态稳定性。     

采用输出反馈方式的电力系统非线性励磁控制

现有的电力系统非线性励磁控制器多基于状态反馈设计,需要测量同步发电机的转子角和部分变量的微分,并且控制器以发电机相对转子角驱至参考值为控制目标,在系统的网络参数或运行方式变化时无法维持机端电压恒定。采用输出反馈的方式提出一种新的非线性励磁控制器设计方法。分别针对单机无穷大系统及多机系统,对系统的非线性数学模型提出了新的变换方法,将其转换为以机端电压偏差、角速度偏差和有功功率偏差为状态变量的不确定线性系统,进而应用一种基于线性矩阵不等式（linear matrix inequality,LMI）的鲁棒控制理论设计出控制器。该控制器不需要测量发电机转子角及任何变量的微分,不依赖于电力系统某个特定运行点,能适应系统网络参数与运行方式变化,较好地抑制扰动并实现机端电压调节功能。仿真结果验证了所得结论。     

双环自适应最优励磁控制器

本文提出了一种新的双环自适应最优励磁控制器（ＤＡＯＥＣ）．其中一环采用ΔＶｔ作为第一输入（ＡＥＣ１），另一环采用Δω作为第二输入（ＡＥＣ２）．由于ＡＥＣ１和ＡＥＣ２均具有实时参数辩识环节，因而可以很好地相互协调，同时使ΔＶｔ和Δω具有优良的性能．通过对单机无穷大系统和多机系统（多模振荡系统）的仿真计算，显示了ＤＡＯＥＣ比ＡＶＲ＋ＰＳＳ更优越的性能．论文中还针对ＤＡＯＥＣ中几个问题进行了探讨．     

基于反馈线性化的非线性鲁棒协调励磁控制

提出了结合直接反馈线性化（DFL）和非线性鲁棒控制理论的协调励磁控制器设计方法。DFL从系统的输出方程出发,直接指定含输入量的方程为虚拟控制量,实现系统的线性化。非线性鲁棒协调控制在考虑了系统存在非线性、模型误差、不确定干扰等特点的同时,还考虑了由于负载或调速变化等因素影响时出现的发电机端电压偏移的问题,在以功角为控制目标的控制律中引入了发电机端电压反馈,从而解决了端电压可能存在的偏移问题。仿真分析显示,该控制律既能很好地提高发电机端电压控制精度,又能有效地提高发电机组的运行稳定性,并能对干扰进行有效地抑制。     

基于直接反馈线性化的非线性励磁控制器

本文把直接反馈线性化理论应用于同步电机励磁控制器的设计中，得出用化的非线性励磁控制规律，并用解析的方法证明了直接反馈线性化方法和微几何法可以得出完全相同的非线性励磁控制规律。在此基础上，本文提出了一种改进的非线性励磁磁控制规律，这种改进的励磁控制规律减少了所要量测的信号，而且使得信号的量测更加方便。仿真结果和动模试验表明了这种改进的非线性励磁控制规律的正确性和优越性。     

基于线性最优控制和积分控制的励磁控制器设计

为了进一步改善传统线性最优励磁控制中的动态性能和调节精度,基于同步发电机的派克模型推导出了供设计线性最优励磁控制规律用的单机无穷大系统的线性化状态空间方程。以该方程为基础,设计了一种同时以机端电压、有功功率、无功功率、角速度、功角作为反馈量的线性最优励磁控制器,将发电机功角、无功功率这两个与稳定性和品质密切相关的重要参量引入控制规律。同时,为了提高机端电压的调节精度,基于稳态调整与动态调节区分开来的思想,将积分调节引入励磁控制规律。通过Matlab进行算例仿真,结果表明所设计的励磁控制规律与传统规律相比,能够有效地提高电力系统在大、小扰动下的稳定性,同时在电压调节精度方面亦有所改善。     

带电压反馈的ESO发电机励磁系统滑模变结构

针对发电机励磁系统的非线性及易受内、外扰动等特点,应用坐标变换、ESO及滑模变结构控制理论,设计了一种新颖的提高系统动、静态特性的ESO滑模励磁控制器,并在此基础上引入了电压反馈,使其更好地稳定了机端电压,即对系统的状态方程进行坐标变换,然后通过构造扩张状态观察器(ESO)对发电机励磁系统进行动态补偿,实现线性化;采用极点配置法设计滑模切换函数,从理论上保证发电机转子方程具有期望的极点;采用指数趋近率和准滑动模态方法求取滑模控制率.仿真结果表明,该控制器在动态、静态特性上明显地提高了系统的稳定性、快速性和准确性,而且鲁棒性较好.     

基于稳定性和电压精度协调控制的新型模糊励磁调节器

在保持比例积分微分(PID)励磁调节器优良电压调节特性的基础上,部分采取线性最优控制理论设计附加励磁调节通道,并通过一模糊控制器动态协调电压调节通道和附加调节通道的作用权重,设计了一种新型模糊励磁调节器。分析了电力系统各种典型运行状态及其对励磁调节的要求,总结了不同状态下电压和稳定的协调控制策略,以期对电压调节和增强阻尼进行动态协调。数值仿真结果表明,该新型励磁调节器在稳态时具有同PID一样高的电压调节精度,动态过程中则能明显提高系统阻尼特性,具有满意的控制效果,并对系统工况变化具有一定适应性。     

同步发电机的非线性状态PI附加励磁控制

为解决电力系统的强非线性和不确定性问题，避免反馈线性化励磁控制器由于数学模型的误差而影响控制器性能的缺点，利用非线性状态比例积分PI控制理论设计了同步发电机附加励磁控制器，所得的控制规律与系统运行点和网络结构完全无关，同时控制器本身结构简单。仿真计算表明所设计的附加励磁控制器对系统运行点的变化具有良好的适应能力，可以有效地改善系统的稳定性。     

多机电力系统自适应鲁棒Terminal滑模励磁控制

设计了多机电力系统发电机励磁的自适应鲁棒Terminal滑模控制器,将L2增益干扰抑制、自适应逆推法、Terminal滑模控制相结合,可以自适应估计发电机的不确定阻尼系数,对扰动具有鲁棒性。给出了控制器的设计过程。针对2区域4机系统的仿真结果表明,所设计的自适应鲁棒Terminal滑模励磁控制器能够快速抑制功率振荡,有效提高电力系统的暂态稳定性,并保持机端电压的恒定。     

逆推自适应滑模励磁控制器设计

针对单机无穷大系统提出了一种解耦逆推自适应励磁滑模控制方法,以提高电力系统鲁棒稳定性.对于一类具有不确定性的半严格反馈形式的非线性系统,将构造李亚普诺夫(Lyapunov)函数的逆推设计方法和自适应机制以及滑模变结构控制有机结合,获得了一种保证该类系统全局渐近稳定的自适应滑模控制律以及自适应增益控制律.根据该设计结果,对含励磁控制的单机无穷大系统反馈线性化模型,得到了发电机的自适应滑模励磁控制器,仿真结果表明:该控制器能有效地稳定不确定电力系统,维持机端电压,具有比自适应逆推励磁控制器更好的性能.     

模糊励磁控制器的研制

设计和实现了一种极坐标型的模糊励磁控制器。该控制器含有一个电压模块，实现自动电压调节器AVR(Automatic Voltage Regulator)的功能；一个阻尼模块，实现电力系统稳定器PSS(Power System Stabilizer)的功能。两者采用相似的极坐标控制规律，共同实现励磁控制。通过仿真和试验优化了模糊励磁控制器的参数。在动模机组系统上进行了电压模块试验；在ABB的同步发电机数字仿真器系统上进行了阻尼模块试验；在10MW机组上进行了电压模块的现场试验。试验结果表明该模糊励磁控制器具有优良的电压调节性能，能明显提高电力系统的稳定性，抑制电力系统低频报荡，对发电机运行工况及系统网络结构变化具有较好的鲁棒性。该控制器还具有物理概念清晰、结构简单、参数整定和调试方便等特点，易于工程技术人员掌握。     

微电网二次频率/电压控制器的反馈线性化设计及分布式实现

针对以微型同步发电机组为二次控制主体的微电网,提出了一种在孤岛运行模式下的二次频率/电压分布式控制策略。首先,利用反馈线性化方法,设计了一种适用于微型同步发电机的二次频率/电压控制器,可消除由于微型同步发电机组一次控制导致的系统频率与电压偏差。其次,基于多代理系统理论,提出了一种分布式控制策略。所提出的频率/电压控制器只需要交换在通信有向图上的邻居节点频率/电压信息,不依赖中央控制器和复杂通信网络,提高了微电网的可靠性,同时可实现微型同步发电机有功出力按额定比分配。最后,在某一实际的微电网上验证了提出的二次控制策略的有效性。     

基于广域测量的双模糊励磁控制

设计了一种基于广域测量的双模糊励磁控制器,其主模糊控制器采用发电机端电压和参考电压的偏差及其变化率作为输入,辅模糊控制器采用发电机角频率与惯性中心角频率的偏差及其变化率作为输入,从而使励磁控制器可以反映全局信息。基于Matlab的电力系统工具箱和模糊逻辑工具箱,对4机系统进行了数字仿真,其中励磁调节器采用的控制方法分别为PID、PID PSS和双模糊控制。仿真结果证明与常规的励磁控制方法相比,所提出的基于广域测量的双模糊励磁控制方法可以加强系统承受大扰动的能力,进一步提高系统的暂态稳定性。