同步发电机的非线性状态PI附加励磁控制

为解决电力系统的强非线性和不确定性问题，避免反馈线性化励磁控制器由于数学模型的误差而影响控制器性能的缺点，利用非线性状态比例积分PI控制理论设计了同步发电机附加励磁控制器，所得的控制规律与系统运行点和网络结构完全无关，同时控制器本身结构简单。仿真计算表明所设计的附加励磁控制器对系统运行点的变化具有良好的适应能力，可以有效地改善系统的稳定性。     

非线性状态PI励磁控制器

利用扩张状态观测将原来的非线性系统变换成线性系统,然后用状态PI控制器的设计思想设计了非线性状态PI控制器;并将其用于发民机励磁控制,以及解决电力系统的强非线性和不确定性问题,避免了反馈线性化非线性励磁控制由于数学模型的误差而影响控制器性能的特点。所得控制规律与系统运行点和网络结构完全无关,同时控制器结构简单。仿真计算表明,非线性状态PI励磁控制器对系统运行点和网络结构变化具有良好的适应能力,可以有效地改善系统的稳定性。     

复杂系统非线性励磁控制的数字仿真研究

对一个IEEE典型的13机系统进行了数字仿真。比较了在其中一台发电机上装设比例积分微分控制器(PID)、电力系统镇定器(PSS)、线性最优励磁控制器(LOEC)和非线性励磁控制器(NEC)四种励磁控制器，对整个系统的暂态稳定的影响。仿真结果表明，非线性励磁控制器与采用其他三种控制器相比，电力系统的暂态稳定性有较明显的改善。在多机系统中的主力发电机组上装设非线性励磁控制器，将对整个系统的大干扰稳定性有明显的改善，从而揭示了非线性励磁控制(NEC)较其它3种励磁控制方式具有更优越的性能。     

非线性励磁控制中输出函数对系统性能的影响

发现在进行非线性系统的非线性控制设计时，状态方程中输出函数的选取对线性化以后系统状态方程的形式有很大的影响，进而影响到所设计的控制器性能。在此研究结果的基础上，改进了电力系统非线性控制器的设计方法，可以在统一的非线性控制设计框架下同时对多个状态量的性能指标提出要求，兼顾受控系统多个状态量的响应特性，使系统的动态性能和静态性能能够很好地协调，实现高性能的非线性控制。将改进的设计方法应用于发电机组的励磁控制，采用逆系统非线性控制原理设计了一种具有综合性能指标的非线性励磁控制规律。将所设计的多指标非线性励磁控制律用于单机无穷大电力系统的同步发电机组中进行仿真实验，其结果表明所提出的控制器不仅能明显地提高发电机的动态稳定性，而立能准确地将发电机的端电压控制在其给定值上运行，不会因受扰而发生偏移。     

多变量励磁模糊控制研究

针对单变量励磁模糊控制器难以对励磁系统全部状态量实施良好控制的缺点，提出了一种多变量励磁模糊控制的方法，数字仿真结果表明：多变量励磁模糊控制比单变量励磁模糊控制具有更加良好的控制效果。     

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。     

发电机非线性状态PI励磁汽门协调控制器的研究

针对电力系统的强非线性和不确定性的特点,直接对其非线性不确定对象设计了非线性状态PI励磁汽门协调控制器。避免了一般反馈线性化励磁汽门综合控制由于数学模型的误差而影响控制器性能的缺点。所得的控制规律与系统运行点和网络结构完全无关,同时控制器本身结构简单,仅需发电机局部信息,易于在多机系统中实现分散协调控制。仿真计算表明非线性状态PI励磁汽门协调控制器能够有效地提高系统的暂态稳定性。     

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。     

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。     

发电机非线性状态PI励磁汽门协调控制器的研究

针对电力系统的强非线性和不确定性的特点 ,直接对其非线性不确定对象设计了非线性状态PI励磁汽门协调控制器。避免了一般反馈线性化励磁汽门综合控制由于数学模型的误差而影响控制器性能的缺点。所得的控制规律与系统运行点和网络结构完全无关 ,同时控制器本身结构简单 ,仅需发电机局部信息 ,易于在多机系统中实现分散协调控制。仿真计算表明非线性状态PI励磁汽门协调控制器能够有效地提高系统的暂态稳定性。     

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.     

Author index

Based on the generalized Hamiltonian system theory, a new approach to dissipative Hamiltonian realization of nonlinear differential algebraic system is proposed in this paper, and a simple control strategy to stabilize the dynamic system without linearization treatment is designed. The new approach is applied to the nonlinear excitation controller design of structure preserving multi-machine power system. Simulation results demonstrate that the approach proposed in this paper is correct, and the control strategy designed is effective.     

电力有源补偿及非线性电流跟踪控制研究

在对电力系统有源无功与谐波补偿的原理进行理论分析的基础上,运用有关分析结果主要讨论了一种电力有源滤波器主电路及变结构非线性控制系统的组成和工作原理,给出一种变结构非线性电流跟踪控制的思路,通过PSPICE软件对单相和三相系统进行了仿真研究,仿真结果证实了该系统及控制方法的正确性与可行性.     

级联式SSSC上层非线性控制方法

为了优化系统潮流,提高系统稳定性,提出了当静止同步串联补偿器(SSSC)中层采用恒阻抗控制时的SSSC上层非线性控制方法,给出了基于电压源型逆变器(VSC)的无功补偿装置分层控制结构。通过分层控制结构及直接求解方法的应用,简化了基于微分几何理论的反馈精确线性化方法应用于SSSC非线性控制策略的求解过程;结合线性最优控制理论,将基于微分几何理论的精确线性化方法应用于SSSC控制,并应用实时数学仿真器(RTDS)建立了包括SSSC主电路结构、底层调制算法等在内的单机无穷大系统的详细的电磁暂态模型。仿真验证了提出的分层控制结构的可行性及非线性控制方法的有效性。     

Design of a robust variable structure controller for improving power system dynamic stability

This paper proposes a nonlinear robust controller for improving power system dynamic stability. The design procedure of the controller which uses a nonlinear transformation technique and the variable structure control (VSC) theory is discussed. A method of eliminating the chattering encountered in variable structure controllers is also presented. Performance of the proposed controller in a simple power system, a single machine connected to infinite bus, is investigated using computer simulations. Robust performance of the controller is verified using a number of studies.     

基于微分几何方法的静止同步串联补偿器非线性控制

提出了一种改进的坐标变换,使得微分几何方法可直接应用于求解静止同步串联补偿器(SSSC)非线性控制策略.此外,改进的坐标变换同样也可以简化实现精确线性化的过程.结合线性最优控制理论,得到了SSSC非线性最优控制策略,并将其应用于提高系统阻尼.最终,应用实时数字仿真器(RTDS)搭建了包含SSSC的单机无穷大系统电磁暂态模型,仿真结果证实本文所提出的SSSC非线性最优控制策略对于功率振荡具有明显的抑制效果.     

静止同步串联补偿器解耦控制器设计

将SSSC考虑为输电线路上的可变阻抗,将其同含有汽门控制的单机无穷大系统联立为三阶多变量两输入两输出非线性模型,在此模型基础上,运用动态逆系统方法完成解耦和线性化,构造出两个单输入单输出的伪线性系统,并采用变结构控制理论分别设计控制器。根据Matlab仿真结果验证了该方法对发电机功角,传输功率这两个控制指标有很好的控制效果。     

变结构控制理论及在电力系统中的应用

介绍了变结构控制的基本概念,变结构系统中切换曲面的设计方法,变结构系统的品质和趋近律以及非线性系统的变结构控制理论。最后介绍了非线性变结构控制理论在电力系统中的应用。     

混合交直流电力系统的非线性调制策略

针对大扰动情形，文中提出了一种用于改善多机交直流混合电力系统（有多条直流线路落点于其中）暂态稳定性的非线性控制方法，该方法基于微分几何理论，地直流输电系统等效为两个分别连接在整流侧和逆变侧的变导纳支路，在推导出直流输电系统的等效变导纳与各发电机输出电磁功率间的解析关系后，传统的发电机动态方程可被表示成仿射非线性的形式，因而可应用全局线性化方法来求得其控制变量，本文方法的主要特点在于，所求得的调制功率是一个交流系统状态的自适应和非线性函数，它可通过局部的反馈信号和少量来自其它发电机的信号来实现，文中以一个双馈入直流输电系统为测试对象，给出了所提控制器的设计过程和基于测试系统的仿真结果。     

基于Hamilton系统理论的结构保持多机电力系统非线性励磁控制

基于广义Hamilton系统理论,提出了将非线性微分-代数系统表示为广义耗散Hamilton系统的实现方法,并证明可通过适当的控制策略镇定该动态系统.文中应用Hamilton实现方法进行了结构保持多机电力系统的非线性励磁控制器的设计,仿真结果验证了文中所提出方法的正确性和控制策略的有效性.