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.     

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。     

同步发电机的非线性鲁棒电压控制

提出了一种同步发电机非线性鲁棒电压控制器设计方法,解决了目前多数非线性励磁控制方法依赖于系统的特定运行点并且难以考虑电压调节精度的局限。针对发电机经变压器接入电力系统的数学模型,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,进而采用基于LMI的鲁棒控制理论设计出非线性电压控制器。与现有的非线性励磁控制器相比,所提出的电压控制器不依赖于系统的特定运行点,能适应网络参数与运行方式变化,实现机端电压调节功能。控制器对模型干扰有强鲁棒性,无须针对单机无穷大系统和多机电力系统分别设计。此外,控制器无须测量发电机转子角及任何变量的微分与积分。利用PSCAD/EMTDC对某单机无穷大系统及WSCC四机系统分别测试,仿真结果验证了控制器的良好性能。     

基于输出反馈的同步发电机非线性鲁棒励磁控制

对一种适用于一般结构多输入多输出非线性系统的鲁棒输出反馈控制理论进行改进,扩展了其应用范围。针对单机无穷大系统,以发电机的角速度、机端电压及有功功率作为输出反馈信号,建立系统的可观测映射,推导出可观测域,并基于改进理论设计出非线性鲁棒输出反馈励磁控制器。该控制器无需测量发电机的转子角与暂态电势,实施方式简单。仿真结果表明该控制器对扰动有很好的抑制效果。