FACTS的PCH模型与自适应L增益控制(二)应用篇

采用预置反馈方法，首先推导了TCSC与STATCOM的PCH（端口受控哈密顿）模型，接着基于受控哈密顿（Hamiltonian）系统理论，采用自适应L₂增益控制设计方法分别设计了单机电力系统中相应的自适应L₂增益控制器。仿真结果表明，通过与传统PID控制器以及不同的干扰抑制比相比较，所设计的控制器具有较强的鲁棒性。     

FACTS的PCH模型与自适应L2增益控制(二)应用篇

采用预置反馈方法，首先推导了TCSC与STATCOM的PCH（端口受控哈密顿）模型，接着基于受控哈密顿（Hamiltonian）系统理论，采用自适应L₂增益控制设计方法分别设计了单机电力系统中相应的自适应L₂增益控制器。仿真结果表明，通过与传统PID控制器以及不同的干扰抑制比相比较，所设计的控制器具有较强的鲁棒性。     

基于遗传算法的超导磁储能装置H2/H∞鲁棒控制器设计

提出了应用GA(遗传算法)设计H₂/H_∞鲁棒控制器的一般方法。使得在满足闭环系统的H_∞范数小于指定的工程要求的条件下误差信号的H₂范数最小。该问题可归结为一个带约束条件的极小值优化问题，并通过一种改进的遗传算法加以解决。该设计方法能对具有任意控制器结构的控制系统进行参数优化。与传统的鲁棒控制器设计方法相比，所提出的方法不仅可以提高控制器的鲁棒性，还具有易于进行参数优化的优点。将所提出的方法应用于超导磁储能装置（SMES）PI型鲁棒控制器的设计，时域仿真结果表明所设计的控制器具有很好的鲁棒性，在不同的运行工况下均能有效阻尼电力系统的振荡。此外，控制器还具有结构简单、易于工程实现的优点。     

FACTS的PCH模型与自适应L2增益控制（一）理论篇

采用预置反馈方法，将电力系统中存在的一类仿射非线性系统转换为标准的哈密顿系统，从而导出了单机无穷大电力系统下SVC的PCH（端口受控哈密顿）模型。针对系统的外界干扰和参数不确定性问题，设计了相应的自适应L₂增益控制规律。文中直接采用哈密顿函数作为存储函数，不仅保证了数学上的严密性，且具有明确的物理意义。仿真结果表明SVC采用自适应L₂控制规律，不但可以确保系统渐近稳定，而且可以有效抑制干扰，对系统的工况具有自适应性。     

超导储能装置的非线性鲁棒控制器设计

首先讨论了超导储能装置（SMES）建模问题，根据SMES样机实验结果，构造了SMES的二阶鲁棒模型；然后在单机无穷大系统中，得到了含SMES的电力系统非线性鲁棒模型。进一步，基于反馈线性化方法将系统线性化，再利用线性H_∞理论求得SMES的鲁棒控制规律。最后，用数字仿真检验控制规律的有效性。结果表明在各种工况下，SMES的非线性鲁棒控制器均可使系统在受到大干扰后迅速恢复正常运行，并显著提高系统的暂态稳定极限，从而提高系统的输电能力。     

FACTS的PCH模型与自适应L增益控制（一）理论篇

采用预置反馈方法，将电力系统中存在的一类仿射非线性系统转换为标准的哈密顿系统，从而导出了单机无穷大电力系统下SVC的PCH（端口受控哈密顿）模型。针对系统的外界干扰和参数不确定性问题，设计了相应的自适应L₂增益控制规律。文中直接采用哈密顿函数作为存储函数，不仅保证了数学上的严密性，且具有明确的物理意义。仿真结果表明SVC采用自适应L₂控制规律，不但可以确保系统渐近稳定，而且可以有效抑制干扰，对系统的工况具有自适应性。     

汽轮机调速系统的自适应L2增益干扰抑制控制

提出一种预置反馈的方法，推导出汽轮机调速控制系统的端口受控哈密顿系统（PCH system）模型，进而根据PCH系统的自适应L₂增益干扰抑制方法，设计汽轮机调速系统的控制规律。仿真结果表明，这种控制方法能有效抑制干扰，可以在大干扰条件下提高系统暂态稳定性。     

汽轮机调速系统的自适应L增益干扰抑制控制

提出一种预置反馈的方法，推导出汽轮机调速控制系统的端口受控哈密顿系统（PCH system）模型，进而根据PCH系统的自适应L₂增益干扰抑制方法，设计汽轮机调速系统的控制规律。仿真结果表明，这种控制方法能有效抑制干扰，可以在大干扰条件下提高系统暂态稳定性。     

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。     

多机非线性系统分散汽门H∞控制器

通过找出电力系统的广义哈密顿结构，设计出分散控制器，使得闭环系统为耗散的哈密顿系统。可以看到该控制律是线性的。因为没有对系统进行线性近似，所以又有别于在工作点附近进行线性近似后所设计的线性控制器。同时表明非线性系统通过找到系统适当的内部结构（文中为哈密顿结构）可以得到比用微分几何等其他方法所得到的更简单的控制器形式。最后从H_∞角度讨论了该控制器的抗干扰能力。     

多机非线性系统分散汽门H控制器

通过找出电力系统的广义哈密顿结构，设计出分散控制器，使得闭环系统为耗散的哈密顿系统。可以看到该控制律是线性的。因为没有对系统进行线性近似，所以又有别于在工作点附近进行线性近似后所设计的线性控制器。同时表明非线性系统通过找到系统适当的内部结构（文中为哈密顿结构）可以得到比用微分几何等其他方法所得到的更简单的控制器形式。最后从H_∞角度讨论了该控制器的抗干扰能力。     

汽轮发电机组轴系扭振的鲁棒非线性控制

提出将同步发电机及其励磁系统看做扭振励磁控制的执行元件，采用直接反馈线性化方法补偿其非线性因素，避免小偏差线性化模型的参数摄动问题，从而提高扭振励磁控制系统的鲁棒性。综合H_∞扭振模态观测器、独立模态空间鲁棒控制器和非线性反馈补偿律，提出一种轴系扭振的鲁棒非线性控制策略，在大范围工况下具有一致的全局性能，并且3个组成部分可以分别独立设计；另外，可以方便地与常规非线性励磁控制律综合在一起，而不影响后者阻尼低频振荡的性能。以一台300 MW汽轮发电机组第1阶扭振模态的阻尼控制为例，通过仿真验证鲁棒非线性控制器的性能优于常规线性控制器。     

汽轮发电机组H∞扭振模态观测器的特性分析

对汽轮发电机组的H_∞扭振模态观测器的特性进行了讨论。通过分析H_∞扭振模态观测器的性能指标可知，H_∞扭振模态观测器引入了一个反映受控模态估计偏差对剩余模态分量的最大能量增益的约束，以抑制剩余模态分量的影响。另外发现，在特殊情况下，H_∞扭振模态观测器可以将已有关于鲁棒H_∞扭振滤波器的研究成果统一起来。     

统一潮流控制器的非线性控制和对电力系统稳定性的改善

首先考虑UPFC装置与电力系统串联和并联的两部分之间耦合直流电容的动态，建立了具有UPFC的输电系统的动态数学模型。在此基础上，对UPFC的4个控制变量进行分析，提出了控制变量m₁,m₂和φ₁的线性控制规律，并运用基于微分几何理论的仿射非线性系统反馈精确线性化和动态反馈原理及方法，得到了控制变量φ₂的非线性最优控制律的解析表达式，从而提出了UPFC的线性与非线性最优混合控制策略。控制策略的测量量均可本地化，以利于工程应用。仿真结果表明在文中所给出的非线性控制器作用下，UPFC能有效地改善电力系统的动态品质和暂态稳定性。     

基于重采样的三相谐波检测瞬时无功功率法

提出了基于重采样的谐波检测方法，克服了数字化谐波检测瞬时无功功率法计算量大的缺点。当信号的最高频率为ω时，第1次采样频率为ω_f≥4ω。需要补偿N′次以下的谐波电流时，重采样频率应不小于(N′ 1 n)ω₀(ω₀为基波频率)。当一个周期内的采样点数为N₁时，重采样频率为ω_min=(N₁/4)ω₀。在重采样的基础上，继承了瞬时无功功率理论谐波检测方法的思想——将基波电流转变成直流分量，据此设计了一个数字谐波检测系统。仿真实验表明，该系统既具有数字系统的准确性和稳定性，又克服了数字滤波器计算量大和实时性差的问题，其动态跟随性有所改善。     

提高电网攀峰响应能力的研究

高峰负荷时,许多大型发电机组运行于上限, 因此电力系统攀登陡峻峰荷的响应能力往往十分短缺。文中提出了一种借助快速优化调整来提高响应能力的方法。发电机组被分为调节余量充裕的机组集合(C_abund)和调节余量匮乏的机组集合(C_pinch)。基于响应能力分析，对各机组集合的输出功率进行调整：C_pinch压荷，C_abund增发,两集合分别进行优化，作为提高系统调峰响应能力快速而经济的手段。上述方法可用于替代添置燃汽轮机组，而前者的费用比后者少得多。     

APF和SVC联合运行的稳定控制

研究了有源电力滤波器（APF）和静止无功补偿器（SVC）联合运行中的互相影响问题，指出在两者同时运行的情况下SVC控制器的设计要考虑到APF的影响，否则系统可能会不稳定。通过分析APF对SVC的影响途径，指出APF采用通常的I_p-I_q检测方法时，与SVC的耦合程度大；而采用“补偿特定次数谐波”方法时，与SVC的耦合程度小，此时APF是否投入对系统的稳定性基本没有影响，因此提高了系统可靠性。     

大功率电流源型PWM AC-DC变流器建模与解耦控制

在建立电流源型PWM变流器稳态数学模型的基础上，分析了系统的耦合关系，提出了一种基于小偏量线性化的前馈解耦控制方案。依据该方案设计前馈解耦控制器，削弱系统耦合关系，将电流源型PWM变流器这一两输入两输出的耦合系统改造成两个近似独立的单输入单输出系统，实现了在工作点附近分别控制系统直流电流I_d和系统功率因数角φ这一控制思想，尽量避免或减少不同工作点之间相互过渡过程中的振荡。仿真试验证实了这种前馈解耦控制方案的正确性以及在改善系统速度、稳定等方面的优越性。     

发电机失磁保护的原理及整定计算

发电机失磁具有两大特征：发电机电势降低和导致静稳破坏。电势降低通常以系统电压或发电机机端电压降低来判断。静稳破坏的定子判据用静稳临界阻抗；转子判据用有功功率与转子电压的关系，对隐极机静稳临界阻抗是圆，U_L-P是直线，对凸极机静稳临界阻抗不是圆，U_L-P不是直线。分析了凸极机静稳临界曲线的凹凸性，证明了用圆拟合静稳临界曲线优于直线拟合。为了提高发电机电势降低判据的灵敏度，防止系统振荡造成的误动作，提出了发电机低电势判据。静稳阻抗和低电势阻抗采用正序阻抗，能有效地防止外部短路造成的误动作。在分析推导的过程中，给出了整定计算的公式和方法。     

汽轮发电机调速系统附加H∞鲁棒分散控制

利用H_∞控制理论的干扰抑制方法提出一种汽轮发电机调速系统附加鲁棒分散控制(GAHDC)策略。理论分析表明：通过提取发电机输出有功功率波动（ΔP_e）的变化量，使GAHDC只对故障后的功率振荡有抑制作用；利用ΔP_e作为输入扰动变量，避免了发电机方程的非线性问题；GAHDC只包含发电机调速系统的参数，与发电机的运行状态以及系统参数无关；在多机系统中，GAHDC不会对其他发电机的稳定性有危害作用，即GAHDC不存在参数协调和安装地点选择问题。3机和无穷大系统的三相短路仿真实验结果说明：故障后不稳定的系统在GAHDC作用下成为稳定；在惯性时间常数大的发电机上安装GAHDC，抑制振荡的速度较快；当系统中所有发电机都装设GAHDC时，故障后系统中功率振荡持续的时间是最少的。GAHDC实现了发电机的分散稳定控制。