计及动态负荷的电力系统静止无功补偿器(SVC)与发电机励磁控制

基于微分代数控制系统的反馈线性化方法，进一步研究了具有非线性负荷的电力系统中静止无功补偿器(Static var compensator，SVC)和发电机三阶模型的励磁控制，表明具有非线性负荷和SVC装置的NDAS(3)仍可以通过状态反馈精确线性化，从而得到具有代数方程的Bnmovsky标准型。提出了具有非线性负荷的电力系统SVC与发电机励磁控制的完全精确线性化设计。该控制方法可以同时满足发电机功角稳定和SVC节点处电压。仿真结果表明该方法具有很好的效果和优越性。     

故障限流器的非线性稳定控制器设计

介绍了故障限流器（FCL）的模型,利用直接反馈线性化方法将含故障限流器的非线性系统线性化,对该精确线性化的系统运用二次型最优控制方法设计了FCL的非线性稳定控制器,仿真结果表明,具有非线性稳定控制器的FCL能够提高电力系统的暂态稳定性,且性能比固定FCL和线性控制的FCL更好.     

神经网络逆系统方法在SVC非线性控制中的应用

利用神经网络逆系统方法对系统精确线性化能力和不依赖系统精确参数的特点,考虑电力系统中SVC现有非线性控制方法存在的问题,给出了便于工程应用的复合非线性控制器设计详细过程.并对装设有SVC的两区域四机电力系统进行计算机数字仿真,结果表明基于神经网络逆系统方法设计出的复合非线性控制器可以有效地改善SVC控制性能.     

静止无功补偿系统非线性最优控制器设计

静止无功补偿器(SVC)对改善电力系统的安全稳定性具有重要意义.在静止无功补偿系统(SVS)控制原理的基础上,基于精确反馈线性化和非线性最优理论设计了挣止无功补偿系统非线性最优控制器,并通过算例仿真与常规控制方式进行对比,证明了非线性最优控制器的优越性.     

二次调节流量耦联系统精确线性化控制

针对二次调节流量耦联系统非线性特性,利用坐标非线性变换和状态非线性反馈得到系统精确线性化控制规律。由于系统相对阶严格小于系统维数,所以通过证明系统零动态的稳定性验证了所得精确线性化控制规律的可行性。然后利用Ackermann极点配置算法,设计了系统的精确线性化控制器。通过仿真研究表明,加入精确线性化控制器后,系统快速性提高,并达到无超调。通过与PID控制器比较可知,当系统远离工作零点时,PID控制器有明显无超调,且调整时间加长,而精确线性化控制器与工作点无关。     

考虑非线性负荷的静止无功补偿器控制研究

针对电力系统具有非线性负荷的情况下，在经典的非线性系统几何结构理论的发展基础上，结合非线性系统微分几何理论，提出了关于微分代数系统的M导数、M括号等一些新的概念和定义，并详细推导了微分代数系统的完全精确线性化设计。然后将其应用于具有非线性负荷的电力系统静止无功补偿器的控制，得到了非线性控制规律。仿真结果表明，所设计的静止无功补偿器非线性控制器与常规PID控制相比，具有较好的阻尼特性和电压维持能力，同时，由于该设计计及了负荷的变化，从而更接近于实际情况。     

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。     

可控串联补偿的神经滑模控制器设计

为克服电力系统可控串联补偿装置非线性及外部扰动影响,应用反馈线性化方法和径向基神经滑模变结构控制理论,设计了可控串联补偿的神经滑模控制器。通过状态反馈方法对非线性模型精确线性化,运用径向基神经网络的非线性映射和自学习能力自适应调整滑模控制律,使得设计的可控串联补偿控制规律简洁,鲁棒性好。仿真结果表明,与传统的控制方式相比,设计的神经滑模控制器能有效地阻尼系统振荡,增强系统的暂态稳定性,对运行点变化也具有较好的适应性。     

基于精确线性化算法的TCR—TSC型SVC控制器设计

对具有TCR—TSC型SVC的单机无穷大电力系统构建了仿射非线性系统的数学模型,利用状态反馈精确线性化原理将原非线性系统转化成完全可控的线性系统。在系统的最优二次型控制指标下设计出了满足系统的最优控制规律的控制器。最后通过对比仿真,验证了所设计出的非线性最优控制器的正确性和有效性。     

多机电力系统变结构励磁控制器的设计研究

基于多机电力系统的非线性模型,利用状态反馈精确线性化方法和变结构控制理论,提出了一种新的电力系统变结构励磁控制器设计方法。在设计中取消了参考机,并实现了多机系统的分散控制。3机系统的仿真结果表明,提出的变结构励磁控制器可以有效地改善系统在大干扰下的暂态稳定性。     

Boost变换器带恒功率负载状态反馈精确线性化与最优跟踪控制技术研究

分析了Boost变换器带恒功率负载的特性，推导出系统传递函数并得到系统稳定运行条件。采用状态反馈精确线性化技术对系统进行控制。根据Boost变换器带恒功率负载的特点，将最优跟踪技术应用于精确线性化控制中，得到系统非线性控制律。用SABER软件对得到的控制律进行了仿真。仿真结果表明：精确反馈线性化结合最优跟踪可以对Boost变换器带恒功率负载系统进行有效的控制，使系统具有理想的稳态特性和动态响应，在电源及负载大范围变化时，保证系统的稳定运行，满足不同类型负载的要求，具有大信号稳定特性。     

有源电力滤波器状态反馈精确线性化控制

针对有源电力滤波器模型的非线性强耦合特点,提出了一种基于状态反馈精确线性化的非线性控制策略。采用状态空间平均建模方法建立了三相并联型有源电力滤波器的仿射非线性模型,并从理论上证明了所建立的模型满足状态反馈精确线性化的条件,推导出了非线性系统的反馈控制律,实现了原系统的状态反馈精确线性化。再利用线性系统控制理论设计了控制器,实现了原非线性系统的解耦控制。与PI控制的三角波调制控制方案进行仿真对比分析,验证了所提出的控制方案性能优越,各项性能指标均优于PI控制方案。     

Nonlinear Control of PEM Fuel Cells by Exact Linearization

This paper presents a dynamic model of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) for the purpose of constructing a nonlinear-control strategy for PEMFC by using the exact linearization approach. By introducing additional states and outputs, the original multiple-input-single-output nonlinear model of the PEMFC is transformed into a multiple-input-multiple-output system so that the exact linearization approach can be directly utilized. Simulation results show that the PEMFCs with nonlinear control have better transient and steady-state performances.     

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.     

Boost变换器精确反馈线性化滑模变结构控制

利用非线性系统的微分几何理论,在Boost变换器仿射非线性模型基础上,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,得到Boost变换器状态反馈精确线性化模型。在此线性化模型基础上,选取线性切换函数和指数趋近律,设计滑模变结构控制器。研究对比表明,所提出的精确反馈线性化滑模变结构控制策略具有良好的动态响应调节和稳态误差调节特性,同时克服了现有精确反馈线性化控制策略固有的对精确数学模型依赖性的缺点,表现出更强的鲁棒性,从而具有一般性理论和实际意义。     

双馈风电机组低电压穿越非线性变结构控制策略研究

提出一种基于精确线性化变结构控制的双馈感应风力发电机(DFIG)的低电压穿越控制器设计方法。建立了DFIG在同步旋转dq坐标系下的非线性数学模型,在此模型基础上,采用精确线性化将原非线性系统模型转化为线性系统模型。应用变结构控制原理设计DFIG的发电机转子侧及电网侧变流器的控制器,同时通过PI控制以稳定直流侧电容电压。最后,利用MATLAB仿真软件搭建了6×1.5 MW的DFIG系统仿真模型,仿真结果表明,所设计的控制器能够在电压跌落后抑制转子过电流以及直流母线过电压现象,实现了DFIG的低电压穿越。     

Wide area stabilization of a magnetic bearing using exact linearization

An active magnetic bearing (AMB) is a bearing used to suspend a rotor by magnetic forces without any contact. Feedback control is indispensable for a magnetic bearing, because it is essentially an unstable system. To design a feedback control system, a linear mathematical model of the plant is convenient; however, the force of the electromagnet is highly nonlinear. Thus, usually a linear approximation around the operating point is employed, but the obtained linearized model cannot express the exact behavior of the system at any other operating points. In this paper, we discuss the wide area stabilization of magnetic bearings using the exact linearization approach. First, we derive a nonlinear mathematical model for a magnetic bearing, then we show that this nonlinear system belongs to a class of exactly linearizable nonlinear systems. Next, by using the exact linearization method, we transfer the nonlinear model of a magnetic bearing to a linear time‐invariant state model in spite of change of the operating point and the rotational speed of the rotor. Then we construct the state feedback control system by the conventional LQ method. Finally, we evaluate the validity of our proposed method by experiments. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 128(2): 53–62, 1999     

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。