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。     

一种基于MAC的非线性预测励磁控制器的设计

提出了一种新的非线性系统控制设计方法。通过运用预测控制理论中的模型算法控制(MAC)的设计原理,同时引入机端电压偏差积分项,针对单机无穷大系统进行非线性预测控制设计,得到了一种基于模型算法控制的非线性预测励磁控制器。仿真结果表明:这种设计方法不仅能够有效解决由于原动机阶跃输入扰动带来的发电机机端电压偏差问题,而且改善了功角稳定性和发电机机端电压的动态特性。     

带电压调节的非线性鲁棒励磁控制策略研究

针对电力系统的非线性特性和内外扰动的影响,结合微分几何精确反馈线性化和非线性鲁棒H∞控制理论,提出了一种新的励磁控制器设计方法,在励磁控制规律引入了机端电压反馈,使得所设计的控制器不仅提高了电力系统暂态稳定性,而且在机械功率由于负荷或调速而变化时机端电压仍能回复到给定点上运行。将该控制方法运用到单机无穷大电力系统设计中,用Matlab/Simulink进行三相短路实验和机械功率扰动实验,结果表明:与非线性励磁控制器及传统的PID控制器相比,所设计的带电压调节功能的非线性鲁棒H∞控制器在提高电力系统的稳定性及稳定机端电压方面有很好的控制效果。     

一种基于MAC的非线性预测励磁控制器的设计

提出了一种新的非线性系统控制设计方法.通过运用预测控制理论中的模型算法控制(MAC)的设计原理,同时引入机端电压偏差积分项,针对单机无穷大系统进行非线性预测控制设计,得到了一种基于模型算法控制的非线性预测励磁控制器.仿真结果表明:这种设计方法不仅能够有效解决由于原动机阶跃输入扰动带来的发电机机端电压偏差问题,而且改善了功角稳定性和发电机机端电压的动态特性.     

采用协同控制理论的同步发电机非线性励磁控制

提出了一种基于协同控制理论的非线性励磁控制器。首先依据同步发电机励磁控制的基本要求和特点,选择机端电压、有功功率和转子角速度三个变量的偏差的线性组合构成流形,以保证有效控制机端电压和抑制系统功率振荡。然后以同步发电机非线性模型为对象,推导出了非线性协同励磁控制器（Synergetic excitation controller,SEC）的控制律,并根据电力系统的运行特性,探讨了控制器参数的选取原则。最后,单机无穷大系统仿真结果表明,无论在大扰动还是在小扰动下,所提非线性协同励磁控制器比常规的AVR+PSS方式下的励磁控制器都能更快更精确地调节机端电压,还能够有效地抑制系统的功率振荡。     

同步发电机励磁和ASVG哈密顿系统建模与协调控制

针对单机无穷大系统,建立了包含先进无功发生器(ASVG)的三阶状态空间模型.采用广义Hamilton能量函数理论,考虑电力系统的非线性特性,设计了ASVG安装点电压与同步发电机励磁非线性控制器,该控制可以同时满足同步发电机励磁控制的功角稳定性与ASVG装设处电压的稳定性.单机-无穷大系统数字仿真结果验证了该控制律的有效性.     

同步发电机可拓励磁控制器

为了克服传统励磁控制方法的缺点,依据可拓学理论,设计了同步发电机励磁控制器.控制器以参考电压与发电机机端电压的偏差及其微分作为特征量,根据电力系统的实际情况确定特征量的经典域和可拓域,经过关联度计算、测度模式识别,确定所采用的控制策略.应用MATLAB/Simulink软件建立了基于同步发电机三阶非线性数学描述的单机无穷大电力系统仿真模型,可拓控制器用MATLAB之S函数编程实现.与常规PID励磁控制器的仿真比较结果,验证了可拓励磁控制器对于改善电力系统小扰动稳定性和大扰动稳定性的有效性.     

同步发电机非线性协同励磁控制器设计

针对同步发电机的非线性和运行状态的多变性,为提高其机端电压的可调性同时保证系统的稳定性,基于协同控制理论设计了一种同步发电机非线性励磁控制器。在同步发电机数学模型的基础上以转子角速度、有功功率和机端电压偏差的线性组合构成流形,得到了非线性协同励磁控制器的控制律。基于DSP设计了一种同步发电机励磁控制系统,详细介绍了系统的硬件结构和软件设计方法。以4机2区域系统为例进行了仿真实验。仿真结果表明:所述非线性协同励磁控制器不但可以维持机端电压恒定,而且可保证功角稳定,具有较强的鲁棒性,有助于提高电力系统的稳定性。该控制器能够兼顾机端电压调节和稳定控制,在很大程度上提高了系统励磁控制器性能。     

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.     

发电机励磁与TCSC的非线性协调控制

针对电力系统的稳定性问题,设计了发电机励磁系统与可控串联补偿TCSC(thysistor controlled series compensation)装置的协调控制器。该方法从发电机励磁系统与TCSC模型出发,建立了含TCSC的单机无穷大系统的四阶非线性状态空间模型,利用非线性系统的微分几何理论,将其非线性模型精确线性化。在线性化模型的基础上,考虑电力系统运行参数的不确定性,采用滑模控制理论对发电机励磁系统与TCSC进行协调控制,通过指数趋近律和准滑动模态方法,最终获得了整个系统的滑模协调控制规律。单机无穷大电力系统仿真结果表明,所设计的协调控制方法对电力系统的扰动具有良好的适应性和鲁棒性,提高了电力系统的稳定性。