电力系统非线性鲁棒协调控制方法的研究

• 作 者: 余涛
• 机 构: 清华大学
• 出 处: 清华大学
• 发表日期: 2003年期
• 关键词: 电力系统 非线性控制 鲁棒控制 协调控制 扩张状态观测器

电力系统是一个结构复杂，具有非线性、不确定性和分散性的典型高维动态大系统。如何根据电力系统对象的这些特点，设计性能指标满意的控制器是该文的主要任务。该论文围绕着先进的控制理论方法和复杂的电力系统对象相结合的研究主线展开，其主要内容如下：
一、首次系统地提出了一种基于扩张状态观测器的非线性鲁棒协调控制方法(Extended-State-ObserverbasedNonlinearRobustCoordinatedControl，简称为ENRCC)。通过系统的研究，该文将电力系统对象归纳为一类内环为非线性系统、外环为伪线性系统的多输入多输出对象，在此基础上，完整地阐述了ENRCC的控制原理：利用一簇低阶扩张状态观测器对内环非线性系统进行动态反馈线性化和解耦设计，利用线性鲁棒控制方法对已线性化的内环系统和外环伪线性系统进行预期动力学设计，最终实现了“观测器+线性化+鲁棒协调控制”三者的有机结合，有效地解决一类“不确定+非线性+分散性”的电力系统多输入多输出对象的控制问题。该文利用Lyapunov方法分析了ENRCC的稳定性。
二、系统地将所提出ENRCC方法应用于“单机无穷大系统及多机电力系统下的发电机励磁和汽门的非线性鲁棒协调控制”、“火电单元机组的锅炉、汽轮机和发电机的非线性鲁棒协调控制”、“FACTS与发电机励磁系统的非线性鲁棒协调控制”和“HVDC两侧换流站的非线性鲁棒协调控制”等电力系统典型控制问题的研究。其中，机炉电非线性鲁棒协调控制问题的研究在该文所查文献范围内尚未见诸发表。通过与精确反馈线性化方法严格比较后证实：在标称参数下，ENRCC能达到或接近精确反馈线性化方法所获得的大范围非线性控制品质；而当对象模型存在不确定性时，ENRCC比后者具有更强的鲁棒性和适应性。
三、紧密配合“三峡HVDC输电工程”，从理论和试验的角度较系统地研究了HVDC换流站的基本控制和辅助控制方式。利用复数力矩法推导了HVDC在不同的控制系统作用下的电磁阻尼通用公式，为研究一般的HVDC及其控制控制系统的动态稳定分析提供了理论依据。研究了HVDC辅助功率调制机理，首次通过大规模动模试验研究并验证了“三峡——华东HVDC输电系统”加装辅助功率/频率控制的可行方案。