STATCOM与发电机励磁和汽轮机调门非线性协调滑模控制研究

基于单机无穷大系统,建立了静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的数学模型,设计了变结构协调控制器.采用直接反馈对系统进行全局线性化,运用变结构控制方法,设计了STATCOM无功电流与发电机励磁、汽轮机调门的非线性滑模协调控制器,可以同时满足发电机励磁、汽机调门与STATCOM装设处电压稳定要求.对单机一无穷大系统进行了数字仿真,结果表明控制器能有效改善系统稳定性.     

STATCOM与发电机励磁非线性控制器设计

提出了一种有利于进行控制设计的STATCOM模型.采用直接反馈线性化、零动态原理,设计了STATCOM无功电流与发电机励磁非线性控制器,该控制可以同时满足发电机励磁与STATCOM装设处电压的稳定性.对单机-无穷大系统进行了数字仿真,结果表明该控制器具有很好的实用效果和优越性.     

交流励磁发电机的非线性最优励磁控制

本文将状态反馈线性化的思路应用于交流励磁发电机的励磁控制系统中,得出一套新型实用的交流励磁发电机非线性励磁控制规律.利用该模型通过最优励磁策略对单机无穷大系统进行仿真研究.仿真结果表明,所设计的控制方式能有效地提高系统的动态稳定性和暂态稳定性.     

ASVG的非线性L2增益干扰抑制控制器

将非线性鲁棒控制方法用于先进的静止无功发生器（ASVG）的控制。基于电力系统动态、耗散系统理论框架和非线性L2增益干扰抑制方法,建立了单机无穷大系统中的ASVG鲁棒控制数学模型。模型中考虑了来自发电机转子轴上的机械功率扰动和ASVG输出电压的扰动。并在此基础上,采取递推设计方法构造能量存储函数,以避免求解HamiltonJacobiIssacs不等式,从而得到ASVG的非线性L2增益干扰抑制控制规律。单机无穷大系统的仿真结果证明,与传统PID PSS控制方式相比,在此控制规律下,ASVG能够更有效地阻尼系统振荡,提高系统暂态稳定性能。     

灰色预测励磁控制同步发电机动态过程仿真

为了更准确地研究灰色预测励磁控制对发电机行为的影响,基于非线性派克模型构建了考虑PSS作用的同步发电机灰色预测励磁控制系统模型,并以单机无穷大系统为对象对其控制效果进行了仿真.与采用线性化模型相比,采用非线性派克模型可保证灰色预测控制输入数据的非负性,简化预测算法.考虑调速系统和PSS的作用后,能更加准确和全面的了解灰色预测励磁控制系统的控制效果.仿真结果表明,在大小扰动下,无论是否具有PSS,同步发电机励磁系统中引入灰色预测控制后均可明显地改善系统的稳定性.     

基于迭代学习控制理论的励磁控制研究

将迭代学习控制推广应用到具有强非线性的电力系统中,针对单机-无穷大系统的三阶微分动态方程,对混合型迭代学习控制律的收敛性进行了分析,并首次将其用于同步发电机的励磁控制,通过迭代学习改善励磁控制器的性能,具有结构简单,收敛速度快,鲁棒性强的特点,改善了机端电压的品质.采用Matlab/Simulink仿真软件在单机-无穷大系统中进行了暂态稳定的仿真研究,结果表明该励磁控制方式鲁棒性强,收敛速度快,有利于提高电力系统的暂态稳定性.     

异步化汽轮发电机和同步汽轮发电机闭环阻尼特性的比较研究

以派克方程为基础,建立同步汽轮发电机单机无穷大系统线性化数学模型,该模型以机端电压偏差作为反馈进行励磁控制;同时建立异步化汽轮发电机在同步旋转X-Y轴系下的单机无穷大系统线性化数学模型,以深入分析双通道励磁控制策略对异步化汽轮发电机及其系统的影响。利用所建模型,对同步汽轮发电机和异步化汽轮发电机的闭环阻尼特性进行分析和比较。通过比较,揭示出同步汽轮发电机在引入快速励磁后可能导致电力系统发生低频振荡的原因,指出合理选取异步化汽轮发电机反馈励磁控制系数能够有效提高系统的静态稳定性、增强系统阻尼并有效遏制低频振荡。最后分析异步化汽轮发电机闭环阻尼特性与反馈励磁控制系数的关系,进一步明确异步化汽轮发电机在提高电力系统稳定性方面较同步汽轮发电机更具优势。     

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。     

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.     

基于迭代学习控制理论的励磁控制研究

将迭代学习控制推广应用到具有强非线性的电力系统中,针对单机-无穷大系统的三阶微分动态方程,对混合型迭代学习控制律的收敛性进行了分析,并首次将其用于同步发电机的励磁控制,通过迭代学习改善励磁控制器的性能,具有结构简单,收敛速度快,鲁棒性强的特点,改善了机端电压的品质。采用Matlab/Simulink仿真软件在单机-无穷大系统中进行了暂态稳定的仿真研究,结果表明该励磁控制方式鲁棒性强,收敛速度快,有利于提高电力系统的暂态稳定性。     

基于线性最优控制理论的励磁系统的设计及仿真

基于单机无穷大系统的线性化模型,结合线性最优控制理论建立了最优励磁控制器用的系统状态方程,求出线性最优励磁控制电力系统稳定器,用Matlab仿真软件在单机无穷大系统两种不同的运行状态下进行仿真,结果表明最优励磁控制具备了良好的电压性能,且给出了比AVR＋PSS更强的阻尼,表现出良好的动态特性。     

新型静止无功发生器的模糊滑模控制方式研究

阐述了新型静止无功发生器(STATCOM)的基本原理,应用滑模变结构理论与模糊控制理论,设计了能同时改善电力系统功角稳定与装设点电压动态性能的STATCOM模糊滑模控制器(FSMC)。针对含STATCOM的单机-无穷大系统进行的电力系统暂态仿真结果表明:与常规STATCOM控制器相比,设计的模糊滑模控制器能更有效地提高电力系统的稳定性,改善动态响应品质。     

基于哈密顿系统理论的超导储能装置控制器的设计

针对电力系统非线性的特点，将电力系统中的一类仿射非线性系统转换为标准的哈密顿系统，进行了超导储能SMES（Superconducting Magnetic Energy Storage)有功功率的控制设计，对无功功率用传统的比例环节进行设计，基于受控哈密顿系统理论，建立了SMES装置的端口受控哈密顿PCH（Port Controlled Hamiltonian)模型，针对系统的外界干扰和参数不确定性，采用自适应KL2增益控制设计方法设计了含有SMES装置的单机无穷大电力系统的自适用L2增益控制器。仿真结果表明，采用基于哈密顿系统理论的自适应L2增益控制方法对SMES有功功率的设计，利用传统的比例积分PI（Proportion Integration)控制器进行无功功率控制，能够有效地抑制干扰，显著地改善系统的动态性能。     

基于Riccati法的静止无功补偿器变结构鲁棒控制

为了抑制电力系统静止无功补偿器(SVC)的非线性特性、未建模动态、系统参数变化及外部扰动影响,应用变结构控制理论与鲁棒控制理论,设计了能同时改善电力系统功角稳定与装设点电压动态性能的SVC非线性变结构鲁棒控制器.控制器考虑了含SVC的单机--无穷大系统(SMIB)模型可能的不确定性项,以其标称系统所对应的代数Riccati方程的解来构造滑动模态超平面,进而给出变结构鲁棒控制算法.设计的控制规律简洁,鲁棒性强且易于工程实践.仿真结果表明,与传统PI控制方式相比,变结构鲁棒控制器能够更有效地阻尼系统振荡,提高系统暂态稳定性能.     

模糊-PI双模控制和带电压反馈非线性最优励磁控制器的设计

针对传统PID控制器难以控制具有非线性、大滞后、参数时变性和模型不确定性的电力系统,提出了一种基于模糊-PI双模控制与带电压负反馈非线性最优励磁控制并联运行的控制方法,并借助MATLAB模糊逻辑工具箱进行仿真分析,调整参数以适应与带电压负反馈非线性最优励磁控制器的并联运行.仿真结果表明,对于单机无穷大系统,采用模糊-PI双模控制与带电压负反馈非线性最优励磁控制并联运行的控制方法,对抑制动态扰动环境具有较好的适应性和鲁棒性.     

Improved synergetic excitation control for transient stability enhancement and voltage regulation of power systems

This paper proposes decentralized improved synergetic excitation controllers (ISEC) for synchronous generators to enhance transient stability and obtain satisfactory voltage regulation performance of power systems. Each generator is considered as a subsystem, for which an ISEC is designed. According to the control objectives, a manifold, which is a linear combination of the deviation of generator terminal voltage, rotor speed and active power, is chosen for the design of ISEC. Compared with the conventional synergetic excitation controller (CSEC), a parameter adaptation scheme is proposed for updating the controller parameter online in order to improve the transient stability and voltage regulation performance simultaneously under various operating conditions. Case studies are undertaken on a single-machine infinite-bus power system and a two-area four-machine power system, respectively. Simulation results show the ISEC can provide better damping and voltage regulation performance, compared with the CSEC without parameter adaptation scheme and the conventional power system stabilizer.     

Nonlinear excitation control of a synchronous generator with implicit terminal voltage regulation

The objective of this paper is to design nonlinear excitation controllers for single-machine infinite-bus power systems. Because of the nonlinear nature of such systems, nonlinear controllers are more effective in providing larger stability margins than their linear counterparts. To take advantage of well-developed linear control techniques, the concept of feedback linearization is used. A characterization of the region over which the linearizing state transformation is guaranteed to be diffeomorphic is provided. Also, a new formulation for the linear controller design is provided to solve the problem of the terminal voltage regulation. Simulation results of a single-machine infinite-bus power system indicate that in the presence of major disturbances the proposed controller outperforms existing linear and nonlinear controllers in maintaining the system's stability, in damping the rotor angle oscillations, and in reaching the desired performance during postfault operations.     

Cooperative Fuzzy Control of AVR and GOV Based on Sliding Mode to Improve Transient Stability of Power Systems

This paper proposes the cooperative fuzzy control of AVR and GOV to improve the transient stability of power systems. The fuzzy rules to stabilize the power systems are selected from general ideas based on the sliding mode controller. Both the AVR and GOV inputs are determined to satisfy system stability from the values of state variables, acceleration power and magnitude of their products. Moreover, these control laws reduce the chattering effect due to discontinuity of the control laws. Therefore, the fuzzy controller acts to improve the transient stability of power systems. By introducing the ideas of sliding mode control, the fuzzy rules and composition of membership functions can be constructed easily. The validity and usefulness of the proposed fuzzy controller are tested on a single-machine infinite-bus system. It is shown that the proposed controller has robustness against parameter errors in the synchronous machine and that the transient stability of power systems is improved by cooperative AVR and GOV control.     

基于Hamilton能量函数含SVC的电力系统非线性控制

考虑电力系统的非线性特性,基于H am ilton能量函数理论,设计了一种新的非线性稳定控制器。阐述了广义哈密顿系统理论及H am ilton能量函数理论,然后针对包含静止无功补偿器的单机无穷大系统建立非线性数学模型,并应用哈密顿系统理论对其进行实现,再从能量的观点出发,利用能量函数法设计系统稳定控制器。单机无穷大系统数字仿真结果验证了该控制律的有效性。