钱碧甫[1]2011年在《含静止同步串联补偿器的单机系统非线性变结构控制策略研究》文中研究指明在长距离输电系统中,传输的功率主要受限于线路的阻抗,为了提高电力的传输质量和避免由LC所引起的系统不稳定状况,静止同步串联补偿器(Static Synchronous Series Compensator, SSSC)是解决这一问题的新途径,SSSC是柔性交流输电中非常重要的设备,它以电力电子换流器为装置核心,通过向电力系统注入可控的补偿电压以达到在线路中串联电抗或电容的作用,这种串联补偿不会引起系统振荡,这个补偿的电压会影响输电线路的参数以控制传输线路的功率传输,同时又可以阻尼系统振荡,提高暂态稳定性。与传统的串联补偿设备相比,SSSC具有调节可连续、响应速度快、运行范围宽、谐波小等明显优点。这种新型高效的补偿设备越来越受到国内外专家学者的重视。所以,本文研究了电力系统中SSSC的非线性变结构控制策略,其主要内容有：在理论方面,首先概要介绍串联补偿技术,详细分析可控串联补偿技术的基本结构和它对电力系统的作用,介绍SSSC的现状以及本文研究的内容和意义。然后,介绍基于逆系统理论的变结构控制理论,其中一些关键的理论和方法,包括利用逆系统方法对单输入单输出系统的线性化方法和对多输入多输出系统的解耦、线性化方法,以及变结构控制的基础理论和设计步骤。在建模和控制方面,建立在双端无穷大系统的SSSC的数学模型,和含SSSC的单机系统模型；利用逆系统方法和变结构控制理论对上述模型进行控制器的设计,最终通过仿真,验证了此控制策略的可行性和鲁棒性。
谢云秀[2]2006年在《高压直流输电系统中换流器的非线性变结构控制》文中研究指明高压直流输电(High-Voltage Direct-Current Transmission,简称HVDC)系统是高度可控的,其中控制系统是直流输电技术的重要组成部分,HVDC系统能否正常运行与其基本控制器的性能息息相关,附加控制器又是提高交直流互联系统运行稳定性的重要保证。 首先,采用状态反馈精确线性化对高压直流输电系统进行线性化,将复杂的非线性系统综合问题转化为线性系统的综合问题。因为这个经过精确线性化的线性系统能够真实地反映原非线性系统。 另外,当系统受到大扰动时,精确线性化后的系统不能保证系统的鲁棒性。而变结构控制的滑动模态对系统自身摄动和外部扰动具有很强的鲁棒性。在前人的工作基础上,本文结合精确线性化方法和变结构控制理论来设计换流器基本控制器和附加控制器。 最后,以新的CIGRE HVDC标准模型为基础对基本控制器进行仿真验证,仿真结果表明:本文设计的非线性变结构基本控制器能有效改善大干扰时系统的稳定特性,发挥HVDC在不同频率交流系统之间的非同步联络的积极的作用;而非线性变结构附加控制器对网络结构与参数的变化具有较强的适应性和鲁棒性,并且可以较大幅度地调节直流线路的传输功率,尽可能有效地保证交直流系统的稳定性,与非线性最优控制方式相比,在发生大扰动时,两个非线性变结构控制器,即换流器基本控制器和附加控制器,均可以更快地使系统进入稳定状态。
王晓燕[3]2005年在《基于广域测量技术的非线性励磁控制的研究》文中认为随着现代大型电力系统互联的发展带来显著的经济效益同时,由于环境和经济等因素的制约,系统运行更加接近极限状态,使得电力系统的稳定性问题日益突出。系统的稳定一旦遭到破坏,会造成系统解列和崩溃的灾难性后果,势必会造成大范围长时间停电。施加控制是改善和提高电力系统的稳定性的主要手段,而发电机组的励磁控制一直被看作是改善电力系统的大干扰稳定性及动态性能的最有效、最经济的手段之一。对于随时可能遭受各种干扰的电力系统来说,找出合适的励磁控制规律对于提高电力系统的暂态稳定性至关重要。 另一方面随着计算机技术、网络技术、广域测量技术、非线性控制技术等相关技术的发展和成熟,为励磁控制性能的进一步改善和提高提供了条件。自从基于GPS与PMU的广域测量系统问世以来,在电力系统的广域范围内能实现发电机功角和母线电压相量实时监测,从而能观测整个电网的真实运行状态,它为电网的安全稳定运行提供了关键测量手段。 本文利用广域测量技术的优势,综合运用多种非线性控制理论方法,来提高非线性励磁控制的性能,设计了多机系统的基于广域测量技术的非线性变结构励磁控制器和观测线性化追踪目标励磁控制器,以改善电力系统的动态特性和提高系统的稳定性。 本文首先总结了国内外关于励磁控制和广域测量系统的研究现状,介绍了非线性励磁控制的理论,并阐述了广域测量系统在电力系统的稳定控制尤其是在非线性励磁控制中的研究成果。 其次,本文针对局部测量信息不能反映电网全局的真实运行状态,可能导
万黎, 邓长虹, 陈允平[4]2008年在《考虑机端电压限制的多重非线性变结构励磁控制》文中研究表明针对电力系统暂态过程的非线性特性,设计了一种考虑电压限制的多重非线性变结构励磁控制器,根据控制目标将控制器分2层设计。下层控制器由稳定控制和电压限制控制组成。稳定控制通过计算系统的暂态能量函数,得到稳定流形作为切换面,然后设计相应的变结构非线性励磁控制律,将系统限制在所设计的稳定流形上,以稳定系统;电压限制控制则利用零动态原理,使电压回复到限制区内。上层控制器通过适当的切换律,将下层控制器进行切换,在稳定系统和限制机端电压之间进行协调。在设计时考虑了系统参数不确定性,从而控制律具有一定的鲁棒性。稳定控制设计中未使用任何线性化方法,因而控制律对系统的非线性特性完全适应。实验结果表明所设计的控制器在稳定系统的同时,有效的限制了机端电压。
张海生[5]2014年在《基于微分几何法的改进型非线性励磁控制的研究》文中认为改善和提高电力系统运行的稳定性是一项迫切而艰巨的任务，发电机励磁控制则是提高其稳定性的一项重要而且经济的措施。发电机励磁控制不仅能提高电力系统静态稳定性和暂态稳定性,稳定机端电压，抑制系统低频振荡,而且在效益投资比和易于实现方面也具有明显优势。电力系统是强非线性系统，当其实际状态偏离特定状态较远时，将电力系统非线性状态方程在特定状态下近似线性化的数学模型并不能准确表述实际的控制系统。因此，对电力系统非线性励磁控制问题展开深入研究，具有非常重要的理论和现实意义。本文在微分几何理论的基础上，提出改进型的非线性励磁控制方法，通过修改目标函数和二次型性能指标，使系统具有更优的动态品质，同时实现系统的多目标优化。并引入扩张状态观测器理论，使得控制器的设计更为简单，具有较好的鲁棒性。主要研究内容分为两个方面：将微分几何理论、扩张状态观测器理论和变结构控制理论相结合，提出一种基于输出函数和扩张状态观测器的非线性变结构励磁控制方法。仿真结果表明，在机械功率扰动、三相短路故障和参数扰动下，所设计的励磁控制器具有较好的控制效果，能够提高发电机端电压的调节精度，较好地改善系统的稳定性。同时，采用扩张状态观测器来估计未知参数和建立非线性模型，降低了控制器的复杂程度，对系统不确定因素具有较好的鲁棒性。将目标全息反馈理论和扩张状态观测器理论相结合，提出一种基于目标全息反馈和扩张状态观测器的励磁控制方法，选取工程上较为关心的指标作为系统的状态变量，实现系统性能的协调控制，同时具有扩张状态观测器的优点。仿真结果表明，在稳定机端电压和提高系统稳定性方面有很好的控制效果。
赵岳恒[6]2009年在《含STATCOM单机系统非线性滑模控制研究》文中研究表明随着控制理论的发展、电力电子技术的进步和计算机运算速度的提升,越来越多的新技术、新设备和新策略应用到电力系统的运行控制中。灵活交流输电技术(Flexible AC Transmission System,FACTS)就是目前被广泛研究和应用的一种技术,它可以有效地提高系统输电容量,增强系统稳定性,改善电能质量,但同时,FACTS控制器的引入也增加了电力系统的复杂性、不确定性。另外FACTS控制器与励磁控制系统、FACTS控制器与汽门控制系统、FACTS控制器与FACTS控制器等这些控制行为之间的相互影响和协调作用也变得更加明显。考虑到电力系统强非线性、变结构、变参数的特点,对这些控制器与系统本身构成的一个典型多输入非线性动态系统,应用鲁棒性强的非线性控制理论来进行控制器设计,以充分挖掘STATCOM的工作潜能。静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)是柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部件,它以电力电子变流器为装置核心,通过向电力系统注入方向与幅值均可连续动态调节的无功补偿电流,以维持装置接入点母线电压的稳定,同时阻尼功率振荡,提高暂稳极限。与传统的静止无功补偿器(SVC)相比,STATCOM具有无功调节连续、响应快、运行范围宽、体积小、产生谐波和损耗低等明显优势。因此,本文主要研究了含STATCOM单机系统的非线性协调滑模控制的有关问题,其主要内容有:一、概要总结FACTS技术,特别地介绍了静止同步补偿器(STATCOM)的基本结构和原理;通过与静止无功补偿器(SVC)相比较,深入分析了静止同步补偿器(STATCOM)的无功电流特性和其对输电系统稳定性的提高。二、介绍了微分几何理论的基本概念,以及分别分析了单输入单输出、多输入多输出系统的精确线性化的条件、线性化的过程;介绍了变结构控制的基本概念和原理,以及其控制器的设计过程和方法;最后分析了本文应用的准滑动模态控制。三、首先分析具有静止同步补偿器(STATCOM)的单机无穷大系统的数学模型,并利用微分几何理论进行精确线性化,得出了二输入二输出的伪线性系统;把伪线性系统划分为两个子线性系统,对第一个子系统采用了具有李雅普诺夫直接法的滑模控制设计,对第二个采用了线性极点配置法的准滑模控制器设计;最后对设计的控制系统进行了MATLAB仿真试验,并与非线性最优控制方法进行了比较。四、考虑STATCOM、励磁与汽门的单机无穷大系统数学模型,对此系统模型能否精确线性化进行了论证;并进一步精确线性化,得出三输入三输出的伪线性系统;然后,把伪线性系统划分为三个子线性系统,并对其采用了线性极点配置法的滑模控制器设计;最后,对设计的STATCOM和发电机励磁汽门的协调滑模控制器进行了仿真研究,并与非线性最优控制进行了比较,取得了较好的控制效果。
杜继伟[7]2007年在《含静止无功补偿器的电力系统非线性协调滑模控制研究》文中认为随着电力电子技术、微处理技术和控制技术的发展，柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission System—FACTS)的出现，为提高电力系统传输容量和改善电力系统稳定性提供了新的控制方法或手段。静止无功补偿器(static Var compensator—SVC)作为FACTS家族的成员之一，在提高电力系统传输容量和改善电力系统稳定性方面已取得可喜的成绩。近年来，越来越多的FACTS控制器被加入电力系统来实现电力系统性能的改善。同时，这些控制器也增加了电力系统的复杂性、不确定性。另外FACTS控制器与励磁控制系统、FACTS控制器与汽门控制系统、FACTS控制器与FACTS控制器等这些控制行为之间的相互影响和协调作用也变得更加明显。所以，对这些控制器与系统本身构成的一个典型多输入非线性动态系统，必须采取快速、可靠、鲁棒性强的先进协调控制方法，以确保系统能安全稳定运行。因此，本文主要研究了含静止无功补偿器电力系统的非线性协调滑模控制的有关问题，其主要内容有：一、概要总结FACTS技术，特别地介绍了静止无功补偿器(static Var compensation-SVC)的基本结构和原理；深入分析静止无功补偿器在电力系统中作用或功能；详细地阐述了静止无功补偿怎样提高电力系统稳态输送能力、改善暂态稳定、增强系统阻尼、缓解系统的次同步振荡、预防或控制电压的波动、优化直流输电系统的性能等。二、介绍了微分几何理论的基本概念，以及分别分析了单输入单输出、多输入多输出系统的精确线性化的条件、线性化的过程；介绍了变结构控制的基本概念和原理，以及其控制器的设计过程和方法；最后再总结分析了变结构控制抖动原因和减弱抖动的方法等。三、首先分析具有静止无功补偿器(SVC)的单机无穷大系统的数学模型，并利用微分几何理论进行精确线性化，得出了伪线性系统模型；再采用具有饱和函数的准滑模控制方法设计了SVC和励磁的协调控制器；最后对设计的控制系统进行了MATLAB仿真试验，并与非线性最优控制方法进行了比较。四、考虑SVC、汽门与励磁的单机无穷大系统数学模型，对此系统模型能否精确线性化进行了论证；并进一步精确线性化，得出三输入三输出的伪线性系统；然后，把伪线性系统划分为三个子线性系统，第一个子系统采用了具有李雅普诺夫直接法的滑模控制设计，另外两个采用了线性极点配置法的滑模控制器设计；最后，对设计的SVC、汽门与励磁的协调滑模控制器进行了仿真研究，并与常规线性控制、非线性最优控制分别进行了比较，取得了较好的控制效果。五、建立了可控串联补偿器(TCSC)、SVC、汽门与励磁的单机无穷大系统数学模型，并对数学模型进行了精确线性化，得出了伪线性系统；然后对四输入四输出伪线性系统采用了最终滑动模态的控制方法设计了系统协调控制器；最后对设计的控制系统进行了仿真研究，验证了TCSC和SVC对电力系统稳定性的改善。
温苾芳[8]2010年在《SVC与HVDC的非线性变结构协调控制的研究》文中进行了进一步梳理高压直流输电(High-Voltage Direct-Current Transmission,简称HVDC)系统是高度可控的,其中控制系统是直流输电技术的重要组成部分,HVDC系统能否正常运行与其基本控制器的性能息息相关,同时,附加控制器又是提高交直流互联系统运行稳定性的重要保证。其主要内容有：一、首先介绍了HVDC系统的基本结构,在建立系统数学模型的基础上,详细分析了直流输电系统的主要控制和调节方式的原理及控制特性。二、介绍了微分几何理论的基本概念,分析了单输入单输出、多输入多输出系统的精确线性化的条件和线性化的过程；介绍了变结构控制的基本概念和原理,及控制器的设计过程和方法；最后再总结分析了变结构控制抖动原因和减弱抖动的方法等。三、在HVDC基本控制器的设计中,逆变侧采用了有别于传统方式的定无功电流控制,目的在于调整逆变侧吸收的无功功率,从而获得较好的电压稳定性。并应用非线性状态反馈精确线性化与线性系统的变结构控制理论相结合的方法,验证了已经提出的直流系统中新型的基本控制器和附加控制器。仿真结果证明了控制器的有效性与优越性。四、针对逆变站消耗的无功功率与电压稳定之间的矛盾,采用静止无功补偿器(SVC)对直流逆变站进行无功补偿,在改善系统的稳定性的同时,使逆变侧电压更具稳定性。通过建立含有直流功率调制和静止无功补偿器的系统状态方程,并利用微分几何理论进行精确线性化,得出了伪线性系统模型；再采用具有饱和函数的滑模控制方法设计了SVC和直流功率调制的协调控制器；最后对设计的控制系统进行了MATLAB仿真试验,其结果表明所设计的控制规律能有效地提高系统的暂态稳定性,并能进一步改善交流系统的电压,达到良好的控制效果。
王祥哲[9]2010年在《电力系统非线性反演自适应变结构控制研究》文中研究指明电能是国家的经济命脉之一,研究电力系统的稳定性具十分重要的意义。目前研究电力系统稳定性的方向之一是将先进的控制理论和方法应用到电力系统中,如最优控制、自适应控制、变结构控制、鲁棒与智能控制等。电力系统是一个非常复杂的不确定非线性系统,只用一种控制方法有时无法解决问题,因此需要将几种控制方法相结合,取长补短,进行综合控制,才能达到预期效果。本文将变结构、自适应控制和反演(Backstepping)方法结合,提出了对一类任意阶非线性系统适用的反演自适应变结构控制方案,将其运用到电力系统稳定控制中,并对电力系统的控制效果进行了讨论,论文的主要工作如下：(1)针对一类n阶不确定非线性系统,给出了反演自适应变结构控制器的设计原理和具体过程,并证明其稳定性和鲁棒性,对一高阶非线性系统进行控制器设计,数值仿真验证了控制器的有效性。(2)针对含有不确定参数的大型发电机组汽门控制系统数学模型,设计了大型发电机组汽门开度反演自适应变结构控制器。仿真结果表明控制器不仅可以提高系统的静态和暂态稳定,而且其控制效果比反演自适控制器效果好。(3)将反演自适应变结构控制推广到多输入多输出电力系统中,针对含SVC和励磁系统的单机无穷大系统的数学模型,考虑发电机阻尼系数的不确定性,利用反演自适应变结构控制方法设计协调控制器。该控制器不仅可以满足系统功角和SVC接入点电压稳定,并且控制效果比反演自适应控制要好。(4)将反演自适应变结构控制应用到多机电力系统中,针对带有不确定参数的多机电力系统的数学模型,设计了反演自适应变结构励磁控制器,讨论了控制器的实现,两区域四机系统仿真结果表明控制器能够使多机系统暂态稳定,且稳定效果优于PSS控制。
崔芳芳[10]2008年在《电力系统非线性自适应鲁棒控制研究》文中指出电力系统是一个强非线性、多维、动态大系统。电力系统一旦失去稳定,其暂态过程极快,处理不当可能很快波及全系统,往往造成大范围、较长时间停电,给国民经济和人民生活造成巨大损失和严重危害,在最严重的情况下,则可能使电力系统崩溃和瓦解。在这些情况下,研究和实现相应的稳定控制措施,不但可以提高系统运行的可靠性,而且可以因传输能力的提高而产生直接的经济效益。随着微型计算机和现代控制理论的不断发展,各种先进的控制方法在电力系统控制方面得到了广泛的应用,它们在提高电力系统性能的同时,也为解决电力系统安全、稳定和经济运行问题提供了各种各样的途径。本文在总结了当前电力系统稳定控制研究现状的基础上,针对电力系统的非线性模型,采用Backstepping方法、自适应控制并结合滑模方法设计非线性控制器。主要内容如下:(1)总结了电力系统稳定控制发展概况,电力系统稳定控制的主要研究方法及控制理论在电力系统中的应用情况。(2)发展了Backstepping设计方法,针对实际系统中常常存在的参数不确定性及外部干扰,在Backstepping设计步骤中融合了自适应并结合滑模控制理论,设计了非线性系统的自适应鲁棒控制器。(3)针对带有参数不确定及外部扰动的单机无穷大系统励磁控制数学模型,采用Backstepping、自适应和滑模方法设计了非线性自适应鲁棒控制器,并对设计结果进行仿真分析,讨论控制器的效益。仿真结果表明设计的控制器能快速抑制振荡,保证单机无穷大系统的暂态稳定。(4)针对带有参数不确定及外部扰动的含TCSC的单机无穷大系统数学模型,采用Backstepping、自适应和滑模方法设计了非线性自适应鲁棒控制器,并对设计结果进行仿真分析,讨论控制器的效益。仿真结果表明设计的控制器能快速抑制振荡,保证单机无穷大系统的暂态稳定。(5)针对带有参数不确定及外部扰动的交直流并联输电系统数学模型,采用Backstepping、自适应和滑模方法设计了非线性自适应鲁棒控制器,并对设计结果进行仿真分析,讨论控制器的效益。仿真结果表明设计的控制器能快速抑制振荡,保证单机无穷大系统的暂态稳定。
参考文献：
[1]. 含静止同步串联补偿器的单机系统非线性变结构控制策略研究[D]. 钱碧甫. 西南交通大学. 2011
[2]. 高压直流输电系统中换流器的非线性变结构控制[D]. 谢云秀. 西南交通大学. 2006
[3]. 基于广域测量技术的非线性励磁控制的研究[D]. 王晓燕. 四川大学. 2005
[4]. 考虑机端电压限制的多重非线性变结构励磁控制[J]. 万黎, 邓长虹, 陈允平. 中国电机工程学报. 2008
[5]. 基于微分几何法的改进型非线性励磁控制的研究[D]. 张海生. 华北电力大学. 2014
[6]. 含STATCOM单机系统非线性滑模控制研究[D]. 赵岳恒. 西南交通大学. 2009
[7]. 含静止无功补偿器的电力系统非线性协调滑模控制研究[D]. 杜继伟. 西南交通大学. 2007
[8]. SVC与HVDC的非线性变结构协调控制的研究[D]. 温苾芳. 西南交通大学. 2010
[9]. 电力系统非线性反演自适应变结构控制研究[D]. 王祥哲. 南京理工大学. 2010
[10]. 电力系统非线性自适应鲁棒控制研究[D]. 崔芳芳. 南京理工大学. 2008
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