基于状态空间法的三相并网逆变器建模与仿真

三相并网逆变器是分布式电源接入电网的重要接口,其控制性能直接影响电能的质量。应用现代控制理论的状态空间法建立了三相SPWM逆变器电路的状态空间模型,对系统能控性、能观性、稳定性进行了定性分析,采用MATLAB/Simulink软件建立了三相逆变器电路的仿真模型,并输出结果。仿真结果表明了应用状态空间法对三相并网逆变器电路进行建模分析的正确性,为进一步研究分布式电源并网特性从而获得更好的电能质量和电网稳定性提供了很好的方法。     

严重受扰系统的能控性和能观性及失稳模式分析

基于稳定域理论,指出严重受扰系统的轨迹在临近失稳时运行在主导不稳定平衡点附近,因此可以用线性系统来近似描述严重受扰系统的局部动态。相应地分析线性化系统的模式能控性和能观性,并提出秩判据,以判别控制输入矩阵或观测输出矩阵对失稳模式是否能控或能观。采用特征分析,根据特征值、参与因子和模态揭示故障失稳模式,并根据模式能控性和能观性矩阵找出最灵敏的控制输入和观测信号的地点,以控制和检测失稳模式。以10机39节点新英格兰系统为算例,表明所提出的基于主导不稳定平衡点的线性分析方法实用有效,可为构建广域监视和控制系统奠定基础。     

PWM DC-DC变换器混杂动态系统的能控性和能观性

在PWM DC-DC变换器研究中引入混杂动态系统和切换线性系统的概念和相关理论,研究PWM DC-DC变换器的能控性和能观性.首先将PWM DC-DC变换器建立为周期型切换线性系统模型,然后根据周期型切换线性系统的一个周期之后和多周期的能控性和能观性定义及定理,以Buck PWM变换器为例,分析变换器一个周期之后和多周期的能控性和能观性,最后对Buck PWM变换器进行能控性实验验证.实验结果表明,在负载阶跃变化的情况下,变换器输出完全可以控制并且稳定在设计值,这和Buck PWM变换器作为周期型切换线性系统模型的能控性分析结果是一致的.本文的研究还表明,研究方法也适应于其他功率变换器能控性和能观性的研究.     

基于LQR控制的三级倒立摆系统稳定性分析

倒立摆系统是研究控制理论的一种典型的实验装置。本文通过建立三级倒立摆的非线性数学模型,分析了三级倒立摆能观性和能控性,以及系统本身的不稳定性。通过正确设置矩阵Q的值,成功实现了基于LQR控制算法的倒立摆控制。分析仿真结果,得出LQR控制算法的不足。     

面向新型配电网的能观性分析与精细化协同规划方法

现代控制理论和电力系统状态估计中的能观性定义难以满足配电网态势感知的需求,配电网规划模型中也缺乏对能观指标的考虑,为此,提出面向新型配电网的能观性分析与精细化协同规划方法。对配电网的变量与状态空间模型进行定义,并根据传统能观性定义对配电网中的传统/新型变量进行能观性分析;基于传统能观性定义的缺陷提出新的配电网能观性和能观指标定义,并建立考虑能观性的配电网精细化协同规划模型。算例分析结果表明,所提规划方法考虑了实际量测误差的影响,实现了一次网架规划和二次态势感知设备配置的综合最优,达到了经济性和能观性的平衡。     

线性系统能控性和能观性的几何判据——核空间、象空间、不变子空间的基本概念

"线性系统的几何理论"是将线性系统的动态分析转化为状态空间中相应的几何问题。这种几何方法的特点是简洁明了,避免了状态空间中大量繁杂的矩阵推演计算。工科大学生对此会感到概念抽象,难于掌握,因而需要相应的数学基础。通过从核空间、象空间、不变子空间入手,给予它以概念的解释。在此基础上,论述了线性系统能控性和能观性的几何判据。目前,几何理论已广泛应用于系统分析与综合中。     

考虑能控能观性的配电二次设备优化配置模型与评估方法

新型电力系统背景下,配电网控制与观测难度显著提升。然而,现有的配电网能控能观性研究以及相应的配电二次设备规划模型难以满足配电网实际控制与观测的需要。为此,提出了基于能控能观分析的配电二次设备优化配置模型与评估方法。首先,提出了配电网能控能观性及相关指标的完整数学定义。其次,构建了能控能观需求-状态变量的映射集合。最后,提出了配电二次设备的优化规划模型及多维评估方法。算例分析表明,所提规划模型及评估方法以最小的经济成本实现了综合效益的最大化,具备可行性与有效性。     

基于系统留数矩阵的广域PSS设计

电力系统低频振荡严重影响电网的稳定运行。传统的电力系统稳定器（PSS）采用本地机组信号,不能有效提高系统阻尼。广域测量系统使得电力系统向广域观测与控制的方向发展。文中使用反馈信号机组和控制机组相分离的设计思想,提出根据转子角频率对振荡模式的能观度选取反馈信号机组,根据PSS输出信号对振荡模式的能控度选取控制机组,从而构成广域PSS控制回路。基于留数矩阵的分析表明了这种广域PSS控制策略具有比本地信号PSS更强的能观性和能控性。最后给出了基于留数的广域PSS参数设计方法。16机系统上的仿真结果表明,基于留数矩阵进行设计的广域PSS能更有效地抑制系统低频振荡,提高互联电网的稳定性。     

基于动态响应的机电振荡特征识别与能控性评估方法

在对基于随机子空间辨识(SSI)算法的系统辨识理论进行深入研究的基础上,设计了基于SSI的电力系统机电振荡特征识别方法,并提出了基于响应的参与因子计算方法,从而实现了系统能控性的量化评估。采用所提方法对系统内各发电机动态角频率响应进行计算,能够从全局角度对系统机电振荡特征进行分析,有效地避免了传统基于单一信号的低频振荡分析方法计算结果信息量少的缺点。IEEE 39节点系统仿真结果表明所提方法具有较高的识别精度和计算效率。     

用状态变量和状态转移流图分析直流电动机速度调节系统

用状态方程来表述动态系统是现代控制理论的基础。状态方程和状态变量既能用于线性系统,也能用于非线性系统。状态变量法不仅注意系统输出与输入的关系,把输出当作系统的状态,并且把系统内部各部分参数综合起来研究系统的特性。采用状态向量和矩阵,另一个突出的优点,是可将多变量的系统和单变量系统一样处理,还便于用计算机求解。尤其应用状态转移流程图来分析,更为简洁方便。1 状态转移矩阵如果 U 表示一个系统的输入变量集;Y 为输出变量集;X 为系统内部的状态变量集,它     

电励磁同步电机全阶磁链观测器设计

结合现代控制理论知识,提出了电励磁同步电机的全阶磁链观测模型.根据电励磁同步电机电压及磁链方程推导出其状态方程,并判断了状态方程的可控性及可观测性.根据状态方程设计了电励磁同步电机的全阶磁链观测器,推导出其系统矩阵,并确定了反馈矩阵.在MATLAB/Simulink平台上对整个系统做仿真研究,并对仿真结果进行分析,磁链在全速范围内能准确观测.     

在评估动态系统特性中主导度的应用

主导度是现代控制理论降阶处理中提出的物理概念，其内涵了系统特征值及可控性、可观性的分析，如果利用主导度分析评估调节系统的动态特性，则较单纯运用特征值的分布形态进行分析更为准确，以调节器模型－同步发电机励磁调节系统为例，推导出该系统对应的主导率表达式，并说明如何运用主导度评估其动态特性。     

基于可观测与可控度的直流输电次同步振荡阻尼控制研究

汽轮发电机组轴系在次同步频率范围内往往存在多个扭振模态。目前对高压直流输电引起的多模态次同步振荡尚缺乏行之有效的抑制策略,系统中多次出现应用次同步振荡阻尼控制器后轴系依然存在明显振荡的现象。应用状态空间法对轴系机械系统进行分析,建立了次同步振荡模态的可观测度与可控度的概念。在设计次同步振荡阻尼控制器时,基于次同步振荡的可控与可观测度进行参数优化。PSCAD/EMTDC的时域仿真结果表明,传统的次同步振荡阻尼控制器对于可观测与可控度较低的振荡模态抑制效果较差,而所提出的基于可观测与可控度的次同步振荡阻尼控制     

Method of identifying weak transmission network stabilityboundaries

Methods of determining weak transmission stability boundaries are developed based on the strong controllability and observability properties of power systems. This theory has been previously applied to a dynamical model of the generators and network. It was established previously that the network and generator states associated with a cluster of generator and load buses surrounded by weak transmission boundaries are strongly controllable and observable for a single measurement and control at generators or load buses in that bus cluster. Such a bus cluster is called the control area. Two methods of determining control areas, where strong controllability and observability hold, are developed. Both methods attempt to determine weak transmission stability boundaries that encircle control areas. The groups of generators identified as belonging to each control area is identical to the groups of coherent generators determined using a RMS coherency measure evaluated for the set of all inertial load flow contingencies     

构造既不完全可控又不完全可观状态空间模型的方法

简述了状态空间的起源及其相关概念,以及系统的可控性、可观性、线性变换和规范形的算法,提出了一种简易的构造既不完全可控又不完全可观状态空间模型的方法,并分析了方法可扩展性,简单论述其实际应用中的意义。     

基于模拟状态信息的虚拟操作场景重构及微电网自适应控制设计

母线电压对直流微电网系统的安全稳定运行至关重要。双向直流变换器调压过程呈现不确定、非线性和强耦合等特性,同时,传感器故障导致系统可控性显著下降。这些复杂因素极大降低了系统动态变化下的母线电压稳定性。针对以上问题,首先借助状态反馈线性化技术构建虚拟操作场景,并设计估计器模拟状态信息对虚拟场景进行系统性重构。其次利用重构状态信息,将自适应控制方法和反步法相结合,得到自适应非线性控制方案,有效保证系统在外界复杂因素和内部故障出现时安全稳定运行。最后,MATLAB/Simulink仿真结果验证了所提方案的有效性。