基于扩张状态观测器的水轮发电机组非线性控制

提出了一种基于扩张状态观测器的水轮发电机组非线性控制。将被控对象看成是内环为非线性系统、外环为伪线性系统的多输入多输出对象，利用低阶扩张状态观测器对内环非线性系统进行动态反馈线性化，利用线性控制方法对已线性化的外环伪线性系统进行预期动态性能设计，最终可实现观测器和线性化的有机结合。计算机仿真表明：这种控制方法不仅能较好地解决开度控制和励磁控制的协调性，而且对模型的内外扰表现出了很好的适应性和鲁棒性；同时，这种控制方法严谨简单，原理直观清晰。     

静止移相器和发电机励磁系统的自抗扰协调控制

通过构造扩张状态观测器对多输入多输出受控对象内环进行动态输出反馈线性化，并对补偿线性化后的对象外环进行预期动力学设计的方法，提出了基于自抗扰技术的静止移相器和发电机励磁系统的协调控制策略。利用Lyapunov能量函数法和H∞理论。分析了控制器的稳定性。为了比较不同的控制效果，文中同时给出了基于直接反馈线性化(DFL)的协调控制策略。数字仿真表明：该控制器与精确反馈线性化控制方法相比较，其结构更简单，且对模型的内外扰具有更佳的适应性和鲁棒性。     

汽轮发电机组汽门开度和励磁系统的自抗扰综合控制

通过构造扩张状态观测器对受控对象内环进行动态输出反馈线性化，对补偿线性化后的对象外环进行预期动力学设计的方法，提出了基于自抗扰技术的汽轮发电机汽门和励磁综合控制策略。本控制方法解决了传统单输入单输出自抗扰控制方法在处理多输入多输出对象时协调率难以确定的问题。数字仿真表明，该控制方法不仅能较好地处理汽门和励磁控制的协调性，而且对模型的内外扰表现出了很好的适应性和鲁棒性。     

交直流电力系统非线性鲁棒直流调制控制器设计

随着“西电东送、全国联网”战略的实施,大区之间通过交直流并列运行输电系统实现电网互联。性能优良的直流调制控制器可以快速有效地调节直流联络线的输送功率,减轻交流输电系统的暂态输电压力,以提高交流系统的动态性能。以交直流并列电力系统为研究对象,采用基于扩张状态观测器的动态反馈线性化方法,将系统的非线性数学模型动态补偿为一个伪线性系统,然后利用线性鲁棒H∞理论进行控制器综合。仿真试验表明,当交流联络线发生三相短路故障时,给出的控制器能够有效抑制两侧交流系统的功角振荡,且对于系统不确定性表现出良好的鲁棒性,从而使整个交直流电力系统的暂态稳定性得到改善。与基于精确反馈线性化方法的非线性控制器相比,具有更为优越的动态品质。     

不健全广域信息下时滞非线性鲁棒综合控制器设计

同步相量测量单元(PMU)在电力系统中的广泛应用为基于广域测量系统(WAMS)的广域控制提供了实现条件。由于远方反馈信息的不健全和时滞影响，基于广域信息的闭环电力系统将是一个时滞非线性系统。针对这种时滞非线性系统，结合逆系统理论和鲁棒H￥控制理论，提出不健全广域信息下考虑时滞影响的非线性鲁棒综合控制器的设计方法。首先，应用逆系统方法将强非线性电力系统进行线性化，然后，根据广域信息的不确定性，推导具有干扰输入的时滞线性系统模型，最后，应用线性矩阵不等式(LMI)理论设计该线性系统的鲁棒反馈控制律，进而得到原非线性电力系统的最终控制规律。时域仿真结果表明，当考虑广域信息的不健全和时滞影响时，非线性鲁棒综合控制器仍具有较小的系统过渡时间、振荡次数及振荡幅度，能大幅度增加系统的故障临界切除时间。     

基于动态扩展算法的大型燃煤机组非线性协调控制系统设计

为了从根本上解决单元机组在大范围变工况时的协调控制问题，克服非线性特征对系统控制品质的影响，论文应用反馈线性化原理，对大型燃煤机组的协调控制问题进行了直接非线性控制的研究。针对被控对象的特点，引入相对阶向量的动态扩展算法，得到了单元机组简化非线性模型的输出反馈控制律，该控制律可以实现全局意义下的精确反馈线性化，对线性化变换有定义的整个区域都是适用的；针对反馈线性化律作用下的伪线性系统，设计了二自由度I-PD控制结构，简单而有效地解决了伪线性系统对扰动敏感、鲁棒性差的问题，确保输出变量的精确跟踪。通过比较系统闭环传递函数与期望传递函数的对应项系数，可以方便整定出控制器参数。求得的控制器由比例或积分环节构成，形式简单，便于工程实现。在500MW燃煤机组非线性模型上的仿真试验证明了该协调控制系统的负荷跟踪能力、抗干扰性能及鲁棒性。     

一种完全解耦的多机电力系统鲁棒非线性励磁调节器

本文以电力系统的非线性模型为基础，依据Ｈ∝控制理论及状态反馈线性化的方法，提出了一种电力系统鲁棒非线性励磁调节器设计的新方法。计算机仿真研究表明，鲁棒非线性励磁调节器不仅可以有效地改善系统的动态性，而且在提高电力系统稳定性，尤其是大干扰稳定性方面有明显的作用。     

静止无功补偿器与励磁系统的鲁棒协调控制

针对电力系统的强非线性不确定性,本文应用直接反馈线性化(DFL)和H∞非线性控制理论,设计了一种静止无功补偿器与发电机励磁系统鲁棒协调控制规律,该控制器可以同时镇定发电机功角稳定和控制节点电压,仿真实例表明该协调控制方法是有效的。     

可控串补电容器非线性H∞鲁棒控制器的设计

为充分发挥可控串补电容装置的作用,提高电力系统暂态稳定性,基于状态反馈线性化方法和线性Ｈ∞控制理论介绍了一种非线性Ｈ∞鲁棒控制器的设计方法,这种设计方法对原非线性系统具有鲁棒最优性。同时依据该方法设计了电力系统ＴＣＳＣ的非线性Ｈ∞鲁棒控制器,并就其抗干扰性能和实用性进行了说明。     

基于鲁棒扰动观测器的交流电力弹簧反馈线性化解耦控制

交流电力弹簧(ACES)可有效抑制由高渗透率可再生能源发电引起的交流微电网有功功率波动,但ACES是典型的强耦合、非线性对象,而依赖于模型局部线性化的传统矢量控制难以实现存在不确性扰动情形下的宽范围功率精确控制.为此,文中提出一种基于鲁棒扰动观测器的ACES反馈线性化解耦控制方法.针对ACES的强耦合特性,构建了ACES两输入/两输出李导数仿射模型,设计了解耦矩阵,解耦矩阵与ACES耦合模型联合观测,可等效为全解耦的dq两相电流积分器,简化控制器设计.针对ACES的非线性特性,采用精确反馈线性化控制方法,设计状态变换矩阵,反馈线性化控制律与ACES非线性模型联合观测,可等效为完全线性化对象,采用简单线性控制,即可实现期望功率轨迹准确跟踪与系统全局渐进稳定运行.针对参数摄动影响精确反馈线性化控制性能的问题,设计了形式简单的鲁棒扰动观测器,消除不确性扰动对精确反馈线性化控制跟踪性能的影响.基于MATLAB/Simulink的仿真结果和基于dSPACE的实验结果表明所提方法具有结构简单、动态性能好、稳定域宽、鲁棒性强的特点.     

SVC与发电机励磁的非线性变结构协调控制

针对电力系统的强非线性和不确定性特点及精确反馈线性化的不足,引入自抗扰控制技术设计了能同时改善电力系统功角稳定和电压动态特性的静止无功补偿(SVC)与发电机励磁的变结构协调控制器。扩张状态观测器的动态补偿作用不仅使励磁控制与SVC控制实现解耦,而且使二者均能实现当地信号控制。仿真结果表明提出的非线性鲁棒变结构协调控制器能有效地改善系统的动态稳定性。所设计的控制器对系统运行点和网络结构的变化具有良好的适应性和鲁棒性。     

基于微分同坯映射和扩张状态观测器的鲁棒励磁控制器设计

通过微分同坯映射将仿射非线性系统方程的非线性因素转换到含有控制输入的状态方程,转换后的系统中所有不确定项都归结到扩张状态变量中。利用扩张状态观测器观测该部分,并经状态反馈将其线性化。由于实际系统存在观测误差和模型误差,为了进一步考虑反馈线性之后系统的不确定性,将鲁棒控制引入励磁控制器的设计之中,使得设计的控制器具有更好的鲁棒性,最后在Matlab上进行仿真试验。仿真结果证明了该方法的有效性。     

水轮机水门非线性控制器设计

针对水轮发电机组水门调节的刚性水锤非线性模型，采用二阶扩张状态观测器进行动态反馈线性化，并设计了相应的预期动力学方程。然后基于弹性水锤模型进行仿真实验，并与精确反馈线性化方法比较。结果显示，在三相短路故障、负荷扰动的暂态过程中两种方法动态品质相近，而动态反馈线性化方法在参数变化上具有较强的鲁棒性。     

基于微分同胚映射和扩张状态观测器的高压直流非线性控制器的设计

为提高高压直流输电系统的抗干扰能力以及模型辨识的准确性,提出了一种基于微分同胚映射和扩张状态观测器的高压直流非线性控制器设计方法。首先利用微分同胚映射将高压直流输电系统模型中的非线性因素作为系统的控制输入,利用线性最优反馈和非线性误差反馈率确定最优预控变量;然后运用扩张状态观测器来辨识所有不确定因素,从而实现非线性控制...     

基于ESO-backstepping的多机电力系统非线性鲁棒励磁解耦控制

通过构造扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对发电机励磁系统模型误差和不确定外扰进行动态补偿,并运用反步法对补偿后的模型设计非线性解耦控制律。由于该方法对系统模型的非线性部分有选择地利用ESO进行动态补偿,既避免了运用反步法设计时自适应参数的引入,又能充分利用系统的特性,减轻ESO的估计负担,有效地兼顾了控制器鲁棒性及控制精度这两方面的要求。仿真表明：该方法鲁棒性强,参数易于选取,与比例–积分–微分(proportion-integration- differentiation,PID)+电力系统稳定(power system stabilizer,PSS)控制器励磁控制器相比较,具有更为优秀的动态品质,方法简单有效。     

汽轮发电机励磁与汽门协调无源性控制

论文利用协调无源性方法，对汽轮同步发电机系统进行励磁控制和汽门调节，达到功角和输出电压的稳定性．文中采用四阶双输入模型，由backstepping方法得到汽门控制输入，再用协调无源性设计励磁控制部分，使得整个系统达到反馈无源，保证了系统的渐近稳定性。由于在控制器的设计中，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。通过仿真，证实了设计思想的正确性与控制方法的有效性。     

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。