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基于耗散理论的电力系统鲁棒非线性控制研究

兰海  
【摘要】:电力系统是一个具有高度非线性的系统,并且存在各种不确定性。有效的控制必须基于电力系统的非线性模型,同时考虑不确定性不会危及系统的预期设计品质,这就提出了电力系统的非线性鲁棒控制问题。 本文研究基于耗散理论的电力系统鲁棒非线性控制问题。将以耗散理论为基础,对不确定非线性系统的鲁棒控制进行深入的研究,结合带有不确定性的电力系统非线性模型,提出实现电力系统鲁棒非线性控制的方法。 本文首先对耗散系统进行定义与分类,概括耗散系统与L_2增益之间的关系,为鲁棒非线性控制问题的研究能够更加系统、深入有序的进行奠定基础。然后研究一类带有干扰的SISO非线性系统的鲁棒非线性控制问题,介绍两种以L_2增益为指标的干扰抑制控制方法:方法1把原非线性系统分为两个子系统,递推构造全系统的存储函数,得出实现干扰抑制和镇定控制的控制律。方法2则先对原非线性系统进行坐标变换,使其满足方法1的条件,然后再构造实现干扰抑制和镇定控制的控制律。 研究方法1和方法2应用于单机系统励磁的鲁棒非线性控制问题,提出两种单机系统励磁的非线性L_2增益干扰抑制控制律。首先建立单机系统励磁的标称模型,在控制输入中引入干扰项,选取状态相对运行点的偏差作为新的状态变量,设置预反馈,从而得到带有干扰的单机系统励磁非线性模型。然后将方法1和方法2分别应用于该模型,得出两种单机系统励磁的非线性L_2增益干扰抑制控制律。 研究方法1和方法2应用于多机系统励磁的鲁棒非线性控制问题,提出两种多机系统励磁的分散非线性L_2增益干扰抑制控制律。首先建立多机系统励磁的标称模型,在控制输入引入干扰项中,选取状态相对运行点的偏差作为新的状态变量,设置预反馈,从而得到带有干扰且解耦的多机系统励磁非线性模型。然后将方法1和方法2分别应用于该模型,得出两种多机系统励磁的非线性L_2增益干扰抑制控制律。多机系统励磁控制律中,第i台发电机励磁控制律所需要利用的变量和参数都局部可测。 研究方法1应用于FACTS的鲁棒非线性控制问题,提出SVC、TCSC的非 哈尔滨工程大学博士学位论文 线性LZ增益干扰抑制控制律。本文假设SVC中的可调电纳和TCSC的电抗是一 个一阶惯性环节。首先建立别C、TCSC的标称模型,在控制输入中引入干扰项, 选取状态相对运行点的偏差作为新的状态变量,设置预反馈,从而得到SVC、 TCSC的带有干扰的非线性模型。然后将方法1应用于该模型,分别得出SVC、 TCSC非线性LZ增益干扰抑制控制律。 针对一类带有干扰的MIMO非线性系统的鲁棒非线性控制问题,提出一种 以LZ增益为指标的干扰抑制协调控制方法。本文将原MIMO非线性系统分为两 个多维子系统,首先构造第一个子系统的严格耗散不等式,然后递推得到全系 统的严格耗散不等式,在递推过程中,同时构造了实现干扰抑制和镇定控制的 协调控制律。所用的递推方法避免了求解HJI不等式。最后利用一个简单的MIMO 非线性系统为例,验证该方法的有效性。 研究FACTS与励磁联合系统的鲁棒非线性协调控制问题,提出SVC与励磁、 TCSC与励磁的非线性L:增益干扰抑制协调控制律。首先建立联合系统的标称模 型,在两个控制输入中同时引入干扰项,选取状态相对运行点的偏差作为新的 状态变量,设置预反馈,从而得到带有干扰的FACTS与励磁非线性模型。然后 将上面的MIMO非线性系统干扰抑制控制方法应用于该模型,分别得出SVC与励 磁、TCSC与励磁的非线性L:增益干扰抑制协调控制律。所得到的FACTS与励 磁协调控制,始终将两者统一考虑,是真正意义上的协调控制。 仿真结果表明所提出的控制方法具有较好的鲁棒性和控制特性,检验了所 提出的理论、方法的正确性。


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