不健全广域信息下时滞非线性鲁棒综合控制器设计

同步相量测量单元(PMU)在电力系统中的广泛应用为基于广域测量系统(WAMS)的广域控制提供了实现条件。由于远方反馈信息的不健全和时滞影响，基于广域信息的闭环电力系统将是一个时滞非线性系统。针对这种时滞非线性系统，结合逆系统理论和鲁棒H￥控制理论，提出不健全广域信息下考虑时滞影响的非线性鲁棒综合控制器的设计方法。首先，应用逆系统方法将强非线性电力系统进行线性化，然后，根据广域信息的不确定性，推导具有干扰输入的时滞线性系统模型，最后，应用线性矩阵不等式(LMI)理论设计该线性系统的鲁棒反馈控制律，进而得到原非线性电力系统的最终控制规律。时域仿真结果表明，当考虑广域信息的不健全和时滞影响时，非线性鲁棒综合控制器仍具有较小的系统过渡时间、振荡次数及振荡幅度，能大幅度增加系统的故障临界切除时间。     

基于时滞灵敏度和多目标优化的广域电力系统稳定器参数设计

针对广域电力系统稳定器应用过程中信号具有时滞的问题,基于Pade近似与阻尼转矩分析法推导得到一个特征根相对于时滞的灵敏度指标,进而采用多目标粒子群优化算法求解综合考虑该灵敏度指标与系统阻尼的广域电力系统稳定器参数优化问题,实现对时滞具有较好鲁棒特性的广域电力系统稳定器参数设计。在搭建的信息电力融合系统平台中以2区4机系统为例,研究了不同时滞下控制器的控制效果。时域仿真结果表明,所提控制器参数设计方法对广域信号时滞的波动有较好的鲁棒特性,当广域测量系统的传输时滞在一定的范围内变化时,控制器依然能够有效地抑制系统区域间的低频振荡,为广域电力系统稳定器的参数整定提供了一种新的思路。     

传感器增益故障下鲁棒可靠控制

针对电力系统中传感器发生增益故障情况下,一类参数不确定离散时滞系统的静态输出反馈保成本可靠控制器设计问题。系统中的参数不确定性满足广义匹配条件。根据Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法,分别给出了含有时滞记忆和无时滞静态输出反馈保成本鲁棒可靠控制律的存在条件。通过求解一组线性矩阵不等式,可以得到使得闭环保成本上界最小的鲁棒可靠控制器。最后通过电力系统仿真示例说明所提出方法的正确性。     

线性时滞不确定连续系统的鲁棒容错控制研究

以线性不确定时滞系统为模型,应用李雅普诺夫稳定性理论和LMI工具箱,采用状态反馈控制器设计连续系统的容错控制器,研究了线性不确定时滞连续系统的状态反馈鲁棒稳定问题.给出了系统在执行器失效情况下渐近稳定的充分条件及相应的状态反馈鲁棒容错控制器的设计方法,仿真结果验证了该方法的可靠性和有效性.     

船舶发电机分散励磁鲁棒控制器设计

为了提高船舶电力系统的抗干扰能力和稳定性,设计了分散励磁式船舶发电机系统的鲁棒控制器,建立了柴油机发电机组的数学模型,明确了模型中干扰项的物理意义。在将发电机组数学模型线性化并增广为广义受控系统后,应用H∞控制理论,设计了发电机的分散励磁鲁棒控制器,并应用线性矩阵不等式方法求解了控制器的解。通过仿真试验,比较了传统的电力系统稳定（PSS）控制器和分散励磁鲁棒控制器的控制效果,表明后者具有更好的抗干扰能力,提高了船舶电力系统的稳定性。     

考虑广域信息时延影响的H∞阻尼控制器

广域控制策略可以有效提高广域分布互联电力系统的动态性能,但是广域控制信号传输时延会对控制器产生负面影响,并且日趋复杂的系统结构及接近稳定极限的运行条件对控制器的鲁棒性能提出了更高的要求。该文在考虑信号传输时延的情况下建立了电力系统状态空间模型,并应用H∞回路成形及规范互质分解技术对上述模型进行了鲁棒镇定控制器设计。得到的控制器不仅具有很强的鲁棒性能,同时可使闭环系统容忍更大的时延。以时域仿真结果说明了所得控制器的性能及方法的有效性。     

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。     

中立型时滞系统基于观测器的控制器设计

针对一类线性不确定中立型时滞系统的状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器设计问题,通过构造增广系统,基于线性矩阵不等式的方法,椎导了此类不确定系统状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器存在的时滞相关充分条件,同时给出了相应的状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器的求解。数值实例证明了该设计方案的可行性。     

可控串补电容器非线性H∞鲁棒控制器的设计

为充分发挥可控串补电容装置的作用,提高电力系统暂态稳定性,基于状态反馈线性化方法和线性Ｈ∞控制理论介绍了一种非线性Ｈ∞鲁棒控制器的设计方法,这种设计方法对原非线性系统具有鲁棒最优性。同时依据该方法设计了电力系统ＴＣＳＣ的非线性Ｈ∞鲁棒控制器,并就其抗干扰性能和实用性进行了说明。     

静止无功补偿器（SVC）的一种新型非线性鲁棒自适应控制设计方法

为提高提高多机电力系统的暂态稳定性,该文首先建立了静止无功补偿器(static var compensator,SVC)系统的一个含有时变参数不确定性的二阶非线性动态模型,然后在SVC 动态模型的基础上,利用自适应控制技术和鲁棒控制技术设计了SVC系统的控制器。为了验证所设计的控制器的有效性,以一个经典的三机九母线电力系统作为测试系统,对鲁棒自适应SVC控制器与PID SVC控制器和反馈线性化 SVC控制器分别进行了比较研究。仿真结果表明,与PID SVC控制器和反馈线性化 SVC控制器相比,所提出的鲁棒自适应SVC控制器具有良好的性能。     

STATCOM鲁棒非线性控制

讨论了STATCOM的鲁棒非线性控制设计问题。利用直接反馈线性化技术（DFL）把STATCOM非线性模型转换成线性模型,并利用鲁棒控制器的设计方法消除模型中不确定参数的影响。设计过程中只需要不确定参数的边界,所设计控制器简单、有效,并能保证系统在所有参数范围内的渐进稳定性。3母线电力系统的仿真结果表明该控制器在系统具有不确定参数时能取得良好的电压调节性能。     

HVDC孤岛运行附加频率鲁棒控制器设计

为提高HVDC孤岛运行时送端系统频率稳定性,提出了一种直流附加频率鲁棒控制器,利用直流功率的快速可控性来稳定系统频率。采用高精度TLS-ESPRIT算法辨识得出系统低阶线性化模型,再采用基于线性矩阵不等式的鲁棒设计方法在兼顾最优性能和鲁棒性能的同时设计了附加频率鲁棒控制器。该附加频率鲁棒控制器控制结构简单、阶数较低,易于实现。在PSCAD/EMTDC中的仿真实验表明,所设计的附加频率鲁棒控制器能显著提高送端系统频率稳定性。并且相比于传统PI控制器,其控制效果更好,对不同运行方式下的不同类型故障都有较强的鲁棒性,即使在联网运行方式下也可继续有效地运行,研究结果可供孤岛运行方式下的实际电力系统应用参考。     

分散励磁式船舶电力系统鲁棒控制器研究

给出了分散励磁式船舶电力系统柴油机发电机组的数学模型,明确了模型中各种干扰项的物理意义。将发电机组数学模型线性化后,增广为广义受控系统,应用H∞控制理论,设计了发电机的分散励磁鲁棒控制器,并应用线性矩阵不等式(LMI)方法,将H∞控制器的设计转化为一个线性矩阵不等式约束和线性目标函数的凸优化问题,对H∞控制器求解和优化。仿真结果表明,当电力系统受到干扰后,H∞鲁棒励磁控制器比传统的电力系统稳定(PSS)励磁控制器具有更强的抗干扰能力,并使电力系统在较短时间内恢复稳定。     

基于广域信息及回路成形技术的H∞阻尼控制器设计

采用广域信息得到的控制器可有效地抑制互联电力系统区间振荡模式.同时,由于实际电力系统中不可避免的存在多种不确定性,如何提高电力系统控制器的鲁棒性能成为人们关注的焦点.针对这一现象,该文在采用广域信息作为反馈信号的基础上,应用回路成形技术使线性化的开环电力系统模型具有期望的特性,采用规范互质分解理论对成形后的摄动系统模型进行鲁棒镇定控制器设计.所得到的控制器对互联系统的弱阻尼机电振荡模式有较强的阻尼特性及鲁棒性.最后以时域仿真的结果说明所得控制器的性能及方法的有效性.     

基于预测控制与H∞控制的有源电力滤波器设计

为了能更准确地分析有源电力滤波器(APF)系统,建立了考虑时滞、参数摄动以及死区干扰等的APF时滞不确定性模型,并设计了系统的时滞H∞鲁棒控制器。然而在该控制策略下,要保证系统鲁棒稳定性,就会严重降低干扰抑制能力,使APF系统的补偿效果受到影响。针对这一问题,采用嵌入预测控制的方法将APF的时滞不确定性模型转换为不含时滞的不确定性模型,采用H∞控制方法对标称系统设计控制器,以保证系统的整体稳定性,利用参数摄动造成的状态变量扰动是周期性的特性,采用PI控制与重复控制构成的复合控制策略消除参数摄动带来的影响。最后采用Matlab仿真及物理实验对其可靠性进行了验证。     

不确定中立时滞系统的鲁棒H∞控制

研究了一类具有范数有界不确定性中立时滞系统的鲁棒H∞控制问题。利用线性矩阵不等式(LMI)方法，给出了在状态反馈作用下，不确定中立时滞系统鲁棒可镇定且具H∞范数界的充分条件。并且基于此条件给出了无记忆状态反馈鲁棒H∞控制器设计方法。鲁棒H∞控制器保证闭环系统鲁棒稳定且满足给定的H∞范数约束条件，并可通过求解相应的线性矩阵不等式(LMI)得到。最后，数值算例说明了方法的可行性。     

电力系统鲁棒非线性控制研究

本文结合状态反馈精确线性化方法和线性Ｈ∞控制理论提出了一种新的鲁棒非线性控制器的设计方法，依据这种方法设计了电力系统的鲁棒非线性控制器（励磁控制器和汽轮机调速），并就其特性及作用给予了讨论。     

多重滑模鲁棒励磁控制器设计

多重滑模控制对于不满足匹配条件的不确定性具有较好的抑制作用。对于电力系统鲁棒励磁控制模型,文中基于多重滑模控制思想设计了励磁控制器。为了获得快速且鲁棒性能较好的动态响应,将励磁控制分为鲁棒控制分量和快速响应分量,它们分别由多重滑模控制器和PID控制器产生。基于电力系统分析综合程序（PSASP）的小干扰稳定和暂态稳定仿真表明了此方法在电力系统励磁控制中的有效性。     

传感器失效不确定时滞系统指数稳定H∞可靠控制

针对一类含有时变时滞的不确定线性系统,研究了在传感器发生故障情况下系统指数稳定鲁棒H∞可靠控制器设计问题。通过状态变换,将原系统的鲁棒可靠指数稳定问题转化为另一个等价系统的鲁棒可靠稳定问题,根据Lyapunov稳定性理论,推导出系统存在指数稳定可靠控制器应满足的矩阵不等式和系统具有H∞性能指标应满足的矩阵不等式,并将其转化为两个线性矩阵不等式,给出了状态反馈控制器的设计方法。该方法设计的指数稳定鲁棒H∞可靠控制器,使得时滞系统对于任意允许的不确定性以及一个预先指定传感器子集中任意传感器失效都能够保持鲁棒指数稳定,并使系统具有指定H∞范数的干扰抑制能力。仿真结果表明了该控制器设计方法的有效性。     

基于超导储能的暂态稳定控制器设计

设计了用于提高电力系统的暂态稳定超导储能(SMES)装置的非线性鲁棒控制器,并从数字仿真和动模实验两方面进行了验证。为了简化动态性能分析和控制器设计,在实验样机的基础上,提出了新的基于电流型变流器的SMES的动态模型,并将其转化为标幺制模型。通过外部干扰的引入,得到了装设SMES的单机无穷大系统的动态模型,并采用精确线性化方法和线性H∞控制理论设计了SMES的非线性鲁棒控制器。为了验证该控制器的效果,对装设SMES单机无穷大系统进行了数字仿真和动模实验,并将其与常规PI控制器进行了比较。仿真和实验结果都证明了非线性鲁棒控制器具有良好性能。