光伏并网发电系统的能量成型控制策略研究

采用端口受控哈密顿(Port-Controlled Hamiltonian)和能量成型的控制方法,研究了光伏并网发电系统的建模与控制问题。将非线性的光伏并网发电系统模型转化为哈密顿系统模型,根据系统控制器的设计目标,确定了系统期望的平衡点,利用互联和阻尼配置方法,设计了系统控制器。仿真结果表明,该方法能使所设计的逆变器运行于单位功率因数,结构简单,系统稳定性好。     

DC／DC变换器的能量成型控制与仿真研究

采用非线性的能量成型和端口受控哈密顿(PCH)系统理论,研究了DC/DC变换器的控制问题。建立了DC/DC变换器的PCH数学模型,利用互联和阻尼配置的能量成型方法,给出了DC/DC变换器的反馈镇定原理,分析了平衡点的稳定性,从而实现了DC/DC变换器的控制。仿真分析表明所设计的控制器具有较好的动态性能和抗干扰性。     

基于LMI的时滞电力系统双层广域阻尼控制

针对时滞电力系统提出一种新型建模方法,并且对其进行了广域附加区间阻尼控制的双层控制设计。直接采用时滞系统控制理论克服广域信号的时滞对闭环电力系统稳定性的不良影响。第一层控制,对无时滞电力系统施加计及时滞的输出反馈控制,形成时滞闭环系统。第二层控制,利用时滞系统的控制理论,采用线性矩阵不等式方法,求解状态反馈矩阵和观测器增益矩阵,进行反馈控制。10机39节点算例测试系统上的仿真结果表明,基于该方法设计的附加区间阻尼控制器,具有一定的时滞不敏感性,鲁棒性强,能够较好地抑制区间振荡。该方法为关于时滞系统的控制理论在广域附加区间阻尼控制中的直接应用搭建了平台,提供了可行性。     

基于PCHD模型的感应电机变阻尼无源性控制策略

提出一种基于端口受控耗散哈密顿(PCHD)模型的感应电机变阻尼无源性控制策略,研究了感应电机的建模与速度控制问题。基于PCHD系统原理,将感应电机看作是二端口的能量变换装置,建立了感应电机的PCHD系统数学模型。利用互联和阻尼配置的无源性控制方法,给出感应电机的PCHD系统的反馈镇定,设计了感应电机的转矩与转速控制器,推导出定子电压控制量。为了削弱系统到达稳态期间的速度波动,采用变阻尼控制方法,变阻尼由二阶微分跟踪器实现,可以使动态性能更加优化,转矩和转速跟踪效果更好。仿真和实验结果验证了基于PCHD模型的感应电机变阻尼无源性控制策略的正确性。     

基于静止同步补偿器与直流调制协调控制的低频振荡抑制方法

为实现交直流互联系统低频振荡的有效抑制,提出一种基于滑模变结构控制理论的直流调制与静止同步补偿器(STATCOM)统一阻尼协调控制策略。首先建立包含高压直流(HVDC)与STATCOM的交直流系统惯性中心模型,整体考虑互联系统阻尼,并引入滑模控制理论设计统一阻尼控制策略;其次将直流调制和STATCOM附加控制对STATCOM电压控制回路的相对增益、惯性转速差作为目标函数,协调优化分配HVDC与STATCOM参与阻尼控制的权重,实现在抑制系统阻尼效果最佳的同时使系统电压保持稳定。最后,利用PSCAD建立四机两区域仿真模型,证明了该控制策略的正确性及有效性。     

直驱式波浪发电系统的哈密顿建模和无源性控制

由于波浪的随机特性,采用传统PID控制器实现的波浪发电系统动态性能较差,无法快速实现最大功率捕获。为此,提出一种用于封闭型直驱式波浪发电系统的哈密顿建模方法和无源性控制方案,以保证系统在波浪随机变化过程中能快速实现最大功率捕获。首先建立了系统的动力学模型和直线发电机模型,通过哈密顿框架对系统模型进行重构。根据重构的哈密顿模型的结构特点,通过修改互联矩阵的方法,消除哈密顿模型中存在的强耦合。以系统的误差能量函数作为李雅普诺夫函数,使用李雅普诺夫稳定理论和注入阻尼的方法设计无源控制器。仿真对比结果表明,所设计的控制器能有效改善系统跟踪最大功率点过程中的动态性能和稳定性能。     

离散区间2-D时滞系统的二次稳定与镇定

针对实际系统中广泛存在的时滞和不确定现象,依据Lyapunov理论,采用线性矩阵不等式技术,研究了基于第二类Fomasini-Marchesini模型的离散区间2-D时滞系统的二次稳定和镇定,给出了系统二次稳定和镇定的充分条件。结论以线性矩阵不等式的形式描述,通过求解一个相应的线性矩阵不等式,可判断系统是否二次稳定和二次镇定,并得到系统二次镇定的状态反馈控制律。数值算例表明,该方法用于设计离散区间2-D时滞系统的二次镇定控制律是有效的。     

不确定关联时滞广义大系统的分散鲁棒镇定

为了研究一类不确定性关联时滞广义大系统的分散鲁棒镇定问题,根据广义系统理论,采用线性矩阵不等式方法,研究了不确定性关联时滞广义大系统的鲁棒稳定性和分散鲁棒镇定控制器设计,分别导出了不确定性关联时滞广义大系统的鲁棒稳定和分散鲁棒镇定的充分条件,且都是一组严格的线性矩阵不等式。当条件成立时给出了分散鲁棒反馈控制律的表示式,并用数值实例对所得结果加以仿真,结果表明所得方法是有效的。     

伪广义哈密顿理论及其在多机电力系统非线性励磁控制中的应用

传统的电力系统广义哈密顿(Hamilton)实现方法难以考虑转移电导的影响,提出伪广义哈密顿系统理论,在广义哈密顿实现方法的基础上通过构造新的李亚普诺夫(Lyapunov)函数,实现了一类非线性系统的直接镇定控制。推导出可保证系统渐近稳定的条件和判据,将考虑转移电导情况下的多机电力系统模型表示成为伪广义耗散哈密顿形式,采用阻尼注入和能量补偿的思想进行励磁控制器的设计,物理意义更为明确,并结合电力系统的运行特点,给出判断系统渐近稳定性的近似方法。3机电力系统的仿真结果验证了所提出方法的正确性和控制策略的有效性。     

一类不确定时滞系统的输出反馈镇定

对于控制通道中存在时滞的不确定时滞系统，讨论了时滞独立的输出反馈镇定律的设计问题，利用线性矩阵不等式方法给出了鲁棒镇定律的存在条件及镇定律存在时相应的镇定律设计方法，研究结果表明，针对控制通道中存在时滞的一类不确定系统，在一定条件下可以利用线性矩阵不等式方法设计输出反馈镇定律。文中给出了算例以说明方法的应用。     

交直流互联系统区间振荡广域阻尼控制系统设计

针对交直流互联系统区间振荡问题,构建了基于特征值转移因子理论的统一协调广域阻尼控制方案。首先,提出了能够反映多维振荡模式转移关系的非负定特征值转移因子矩阵,推导了能够统一协调各直流附加控制器的最优控制输入向量。然后,根据特征值转移因子矩阵的特征,利用可控性指标选择合适的控制器落点,同时利用贡献因子优选反馈信号。对美国西部电网频域和时域仿真结果表明,广域阻尼控制系统能够有效协调多个直流附加控制器,统一将不稳定区域的多个振荡模式快速、平稳地转移到稳定区域,同时该系统在通信延时、信号缺失以及参数不确定性等情况下     

磁悬浮系统的哈密顿建模和无源控制

针对磁悬浮系统非线性特点,采用端口受控哈密顿系统理论与无源性控制原理研究磁悬浮系统的建模和控制。将磁悬浮看作能量变换装置,从能量平衡角度推导出单自由度磁悬浮系统的端口受控哈密顿模型。在哈密顿结构基础上,引入结构互联和阻尼配置,给出闭环系统期望的哈密顿函数,设计了磁悬浮系统的无源控制器。设计中直接采用哈密顿函数作为存贮函数,保证了数学严密性,且使系统在满足无源性的条件下达到要求的性能,具有明确的物理意义。仿真结果表明,系统能够快速响应,并且对负载的变化具有很强的抗干扰性能。     

基于改进射影控制的柔性直流输电广域阻尼控制

针对包含柔性直流输电的交直流互联系统之间存在低频振荡,且一般的直流附加阻尼控制器阶数较高,影响了控制的实用性和有效性,文中提出将基于射影定理的降阶控制器设计方法应用于VSC-HVDC输电系统的阻尼控制器设计当中。首先通过TLS-ESPRIT算法辨识出系统的振荡特性和传递函数;再根据极点配置方法和Ackermann公式得到系统的状态反馈增益矩阵;最后通过改进射影控制定理,保留参考全状态闭环系统的主导特征值,输出低阶射影控制器。在PSCAD/EMTDC中的一个包含柔性直流输电的四机两区域模型中,对不同励磁增益参数下无附加控制器和有时滞射影控制器下的系统进行仿真分析。结果表明,所设计的射影控制器具有较好的阻尼特性和鲁棒性。     

LCL型逆变器的积分IDA-PBC控制策略

本文基于LCL型逆变器采用互联和阻尼分配无源控制设计控制器,针对控制模型多变量相互耦合和控制结构复杂等问题,对互联和阻尼分配无源控制(IDA-PBC)模型进行等效处理,建立IDA-PBC的去耦等效控制模型,基于该模型提出了一种注入阻尼参数设计方法,推导计算注入阻尼的大小和范围;为了减小并网电流的稳态误差,在IDA-PBC的基础上引入积分控制器,并提出了一种积分IDA-PBC控制策略,动态调节时采用注入阻尼,稳态时采用积分控制,该控制策略兼顾了系统动静态性能,提高系统的全局稳定性。最后,经过实验证明了提出的参数设计方法的合理性以及改进控制策略的可行性。     

基于李雅普诺夫函数的直流附加控制器设计

利用李雅普诺夫直接法设计了直流附加阻尼控制器,通过构造交直流系统的Lyapunov函数,设计了一个用于改善互联系统阻尼特性的直流附加控制器。该控制器利用两端换流母线处的角速度和相角,以及交流联络线上的功率作为输入信号,结构简单且易于实现。与常规的直流附加控制器相比,该控制器能更有效地抑制功率振荡,提高系统的动态稳定性。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

非完全对称欠驱动高速无人艇轨迹跟踪控制

研究一类非完全对称欠驱动无人艇的轨迹跟踪控制问题,考虑系统阻尼系数矩阵和惯性系数矩阵非对角线元素存在非零项,且阻尼系数随着航速变化的情况,首先通过两次全局微分同胚变换将系统矩阵变换为级联系统的形式,使控制模型得以简化;然后基于简化后的模型构建轨迹跟踪误差模型,将轨迹跟踪问题转化为误差的镇定问题,同时基于级联系统理论和Lyapunov直接法设计了误差镇定控制器,该控制器能够实现非完全对称欠驱动高速无人艇的任意参考轨迹的跟踪控制,包括原点的镇定控制.最后通过仿真实验验证了所设计控制器的有效性.     

提高电力系统稳定性的直流附加阻尼与发电机励磁非线性协调控制

直流附加阻尼控制通常是利用有功功率或频率进行调制,控制目标单一,且不考虑与励磁控制的协调,导致有些情况下不能取得满意的控制效果。为此,该文提出一种协调直流附加阻尼和发电机励磁的微分代数多目标全息反馈非线性控制方法。该方法通过合理确定目标函数并由目标函数构建符合Brunovsky标准型的多目标方程,将非线性空间控制问题转换到线性空间设计;通过对目标函数求导数建立线性空间控制律和非线性空间控制律的等效映射,从而实现对非线性系统目标量的镇定,使其以良好的动态性能达到期望的稳定运行轨迹。将该方法应用于典型四机两区域交直流混合输电系统,设计直流附加阻尼和发电机励磁的非线性协调控制器。仿真结果表明,所设计的控制器在负荷扰动或发生严重短路故障时,均能够通过快速功率和励磁控制稳定系统功角、频率和电压,有效提高系统的稳定性和控制鲁棒性。     

交直流互联系统非线性自适应控制规律设计

针对舍有多台发电机的交直流互联系统,为了提高交直流输电系统的稳定性,应用非线性自适应控制设计方法,通过递推法得到了应用于交直流互联系统直流功率调制的非线性自适应控制策略,该控制规律包含了对系统中未知参数的动态估计,用以阻尼交直流互联系统的区域间功率振荡。最后,获得了交直流互联系统的非线性自适应直流附加控制器的一般表达式。4机系统的仿真结果表明,与传统的线性直流功率调制相比较,所设计的控制器对联络线的功率振荡具有良好的阻尼功能;特别是当系统中出现大的扰动时,更能体现该控制器的良好性能。     

含风电的互联电力系统时滞相关稳定性分析与鲁棒阻尼控制

针对大区电网互联和风电接入互联电力系统后面临不同区域电网间的低频振荡问题,提出一种利用广域测量信号来增强互联电力系统区域间功率振荡阻尼的设计方法。基于自由权矩阵方法表示牛顿–莱布尼茨公式,公式可以由线性矩阵不等式进行求解,可以克服利用固定权矩阵带来的保守性。在利用自由权矩阵方法推导得到的时滞相关稳定性判据基础上,设计了广域时滞状态反馈控制器。结合状态观测理论设计了一种新型广域时滞输出反馈控制器。采用平衡截断技术对原系统和控制器进行降阶,实现了对互联电力系统的广域时滞阻尼控制。基于新英格兰测试系统建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。     

基于端口受控哈密顿方法的PMSM最大转矩/电流控制

永磁同步电动机(PMSM)可看作是二端口的能量变换装置。基于能量成形方法和端口受控哈密顿(PCH)系统原理,研究了永磁同步电机(PMSM)的建模与速度控制问题。从能量平衡的观点,建立了PMSM的PCH系统数学模型。利用互联和阻尼配置的能量成形方法,给出了PMSM系统的反馈镇定原理。根据最大转矩/电流(MTPA)控制原理确定了系统期望的平衡点,分析了PMSM系统平衡点的稳定性,并设计了负载转矩恒定已知情况下的控制器。针对负载转矩恒定未知的情形,研究了负载转矩的实时估计与控制器设计方法。仿真结果表明所设计的控制器具有很好的性能和应用前景。