（電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)論文）基于ts模糊模型的電力系統(tǒng)魯棒控制研究.pdf

a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i cp o w e rs y s t e m ，t h ec o m p l e x i t yo fn e t w o r ks t r u c t u r e s a n do p e r a t i o nc o n d i t i o n sh a v eb e e ni n c r e a s i n g ，w h i c hh a sb r o u g h tn e wc h a l l e n g et ot h e s e c u r i t ya n ds t a b i l i t yo fp o w e rs y s t e m s t od e s i g na r o b u s ta n da d a p t i v ec o n t r o l l e rw i t ht h e a p p l i c a t i o no f n o n l i n e a rc o n t r o lt h e o r yi sv e r yi m p o r t a n tt ot h es t a b i l i t yo fp o w e rs y s t e m i nt h i sp a p e r , t h ec u r r e n tp o w e rs y s t e ms t a b i l i t yc o n t r o ls t a t u si ss u m m e du p f u z z yt - s m o d e l sa r ec o n s t r u c t e da sa l la p p r o x i m a t i o nt ot h en o n l i n e a re l e c t r i cp o w e rs y s t e m ，b a s e do n w h i c h , r o b u s th o oc o n t r o la n dp o l ep l a c e m e n tc o n s t r a i n tt h e o r yi su s e dt od e s i g nt h es t a b i l i t y c o n t r o l l e rf o rp o w e rs y s t e m t h ed e s i g n e dr e s u l t sa r em o r ep r a c t i c a l v a l i d i t ya n dh i g h p e r f o r m a n c eo ft h ec o n t r o l l e rc a nb es e e nf r o ms i m u l a t i o n s a tl a s t ，t h ec o n c l u s i o nc o n t a i n s d i s c u s s i o n so ns o m ep r o b l e m sa n dd i r e c t i o n sf o rf u t u r es t u d y t h ef o l l o w i n gk e ye l e m e n t s ： ( 1 ) i n t r o d u c et h ep o w e rs y s t e ms t a b i l i t yc o n t r o ld e v e l o p m e n t s ，t h em a i np o w e rs y s t e m c o n t r o lt h e o r ya n dr e s e a r c hm e t h o d si nt h ep o w e rs y s t e mo ft h es i t u a t i o n ( 2 ) t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds t r u c t u r eo ft - sf u z z ym o d e la r ei n t r o d u c e dr e s p e c t i v e l y p a r a l l e ld i s t r i b u t e dc o m p e n s a t i o na n dc o m p e n s a t i o na n dd i v i s i o nf o rf u z z ym o d e l sa r eu s e d t od e s i g nt h ec o n t r o l l e r t h ed e s i g nm e t h o d sf o rt a k a g i s u g e n om o d e lb a s e df u z z ys y s t e m s w i t hg u a r a n t e e dh o op e r f o r m a n c ea n da d d i t i o n a lc o n s t r a i n to nt h ec l o s e d l o o pp o l el o c a t i o n s a r ei n t r o d u c e d t h e s eo b j e c t i v e sa r ef o r m u l a t e di nt e r m so fac o n v e xo p t i m i z a t i o np r o b l e m i n v o l v i n gl i n e a rm a t r i xi n e q u a l i t y ( 3 ) p a r a l l e ld i s t r i b u t e dc o m p e n s a t i o ni s u s e dt od e s i g nh o oc o n t r o l l e rf o ras i m p l e p o w e rs y s t e mw i t hp e r i o d i cl o a dp e r t u r b a t i o n t h ec o n t r o l r e s u l ti sc o m p a r e dw i t h c o m p e n s a t i o na n dd i v i s i o nf o rf u z z y m o d e l s ( 4 ) t h et - sf u z z ym o d e li sc o n s t r u c t e df o rp o w e rs y s t e mi n c l u d i n gt c s c c o n t r o l l e r w i t hg u a r a n t e e dh o op e r f o r m a n c ea n da d d i t i o n a lc o n s t r a i n t so nt h ec l o s e d l o o pp o l e l o c a t i o n si sp r e s e n t e d p e r f o r m a n c eo ft h ec o n t r o l l e ri sd i s c u s s e db yc o m p a r i n go fn o n l i n e a r h o oc o n t r o l l e r ( 5 ) f u z z ye x c i t a t i o nc o n t r o l l e ri sd e s i g n e df o rp o w e rs y s t e m t os i n g l em a c h i n e i n f i n i t e b u ss y s t e m ，ad y n a m i cf e e d b a c ki su s e dt or e p l a c et h el i n e a ro p t i m a le x c i t a t i o nc o n t r 0 1 t o m u l t i m a c h i n ep o w e rs y s t e m an e wf u l ls t a t ef e e d b a c kf u z z yc o n t r o l l e r i sd e s i g n e d s i m u l a t i o n sa r eb o t ho b t a i n e d k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ，n o n l i n e a rs y s t e m s ，t - sf u z z ym o d e l ，p a r a l l e ld i s t r i b u t e d c o m p e n s a t i o n ，r o b u s tc o n t r o l ，l i n e a rm a t r i xi n e q u a l i t y l l 聲明戶日明 本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果，盡我所知，在本學(xué) 位論文中，除了加以標(biāo)注和致謝的部分外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或公布 過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的 材料。與我一同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均己在論文中作了明 確的說(shuō)明。 研究生簽名：年i 月婦 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱或上 網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部?jī)?nèi)容，可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交并授權(quán) 其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部?jī)?nèi)容。對(duì)于保密論文， 按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。 研究生簽名： j 笙，縫堡 砷年j 旯齲 碩士論文 基于t - s 模糊模型的電力系統(tǒng)魯棒控制研究 1 緒論 1 1 選題的意義 隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和人民生活對(duì)電力系統(tǒng)要求的不斷提高，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大， 單機(jī)容量進(jìn)一步提高，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜。同時(shí)，由于受到生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等因 素的制約，電網(wǎng)區(qū)域間聯(lián)絡(luò)更加復(fù)雜，遠(yuǎn)距離大容量輸電系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行更加 接近于極限狀態(tài)，這也使得電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題日益嚴(yán)重。2 0 世紀(jì)6 0 年代以來(lái)， 國(guó)內(nèi)外發(fā)生過(guò)許多因一處故障而波及全系統(tǒng)，導(dǎo)致全系統(tǒng)失去穩(wěn)定的大停電事故，給國(guó) 民經(jīng)濟(jì)和人民生活造成不可估量的損失【1 - 3 。9 0 年代后，國(guó)外連續(xù)發(fā)生了幾起因穩(wěn)定性 破壞而引起的大停電事故，國(guó)內(nèi)南方電網(wǎng)和華北電網(wǎng)也發(fā)生過(guò)類似的大停電事故。如何 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，已經(jīng)成為各國(guó)電力工業(yè)發(fā)展過(guò)程中 亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性有許多方法，如改善輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、汽輪 機(jī)汽門快關(guān)技術(shù)、減小發(fā)電機(jī)和變壓器電抗、采用高速勵(lì)磁控制系統(tǒng)等【6 】。實(shí)踐證明， 對(duì)發(fā)電機(jī)組采用適當(dāng)?shù)目刂品椒〒碛忻黠@的優(yōu)勢(shì)，按效益投資比以及實(shí)現(xiàn)的難易程度來(lái) 說(shuō)勵(lì)磁控制又是最好的方法，因此世界上許多國(guó)家將其列為基本措施。 目前提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的方法和手段主要是采用電力系統(tǒng)的勵(lì)磁控制和新型電力 設(shè)備( 如f a c t s ) 及其控制方式等。其中勵(lì)磁控制則可以通過(guò)在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，只需 改變系統(tǒng)的算法而不要追加其它元件便能夠有效提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，彌補(bǔ)傳統(tǒng)勵(lì)磁 控制器的不足，這種控制方法既經(jīng)濟(jì)又有效。而改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制性能的最有效手 段之一就是控制理論技術(shù)的提高和控制方法的改進(jìn)【1 1 。因此，伴隨著控制理論與控制技 術(shù)的發(fā)展，許多先進(jìn)的控制理論和設(shè)計(jì)方法被相繼應(yīng)用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中。從線性 系統(tǒng)的最優(yōu)控制理論到非線性系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)理論，從精確的非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法到考 慮系統(tǒng)不確定性的魯棒控制設(shè)計(jì)方法，各種先進(jìn)控制理論的使用逐步提高了電力系統(tǒng)的 暫態(tài)穩(wěn)定水平。 將先進(jìn)的控制理論應(yīng)用于電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)出魯棒性能好、適應(yīng)性強(qiáng)、易于工程實(shí)現(xiàn)的 電力系統(tǒng)控制器，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定有著重要的意義。 1 2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定 1 2 1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定的意義 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)重要條件是具備足夠的穩(wěn)定裕度。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定主要包 括功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定及頻率穩(wěn)g t 46 j 。國(guó)際上按照電力系統(tǒng)遭受干擾后的過(guò)渡過(guò)程的 不同，一般將穩(wěn)定分為暫態(tài)穩(wěn)定、靜態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在穩(wěn)定 1 緒論 碩士論文 狀態(tài)下受到各種短路，斷路等大擾動(dòng)，擾動(dòng)消失后，最終能以一定的精度回到初始平衡 點(diǎn)的性能；靜態(tài)穩(wěn)定一般是指電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中受到微小擾動(dòng)后，獨(dú)立地恢復(fù)到原 來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)的性能，也a p d , 擾動(dòng)穩(wěn)定；動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指在同步發(fā)電機(jī)采用負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)勵(lì) 磁調(diào)節(jié)器后發(fā)生的一種自發(fā)振蕩的情況下，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的性能，與發(fā) 電機(jī)的阻尼力矩有關(guān)【2 1 。電力系統(tǒng)穩(wěn)定可概述為系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下遭受擾動(dòng)后能夠恢 復(fù)到可以容許的平衡狀態(tài)【6 】。表征系統(tǒng)穩(wěn)定與否的主要狀態(tài)量是系統(tǒng)中主要機(jī)組之間和 機(jī)組與無(wú)窮大系統(tǒng)之間的相對(duì)功角諺，以及相對(duì)角速度劬，若l i r a a s 打= ，則系統(tǒng)是 7 l-a0 穩(wěn)定的( 為包括0 的有限常數(shù)，i 、，是系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的編號(hào)，i ) 。電力系統(tǒng)一 旦失去穩(wěn)定，其暫態(tài)過(guò)程非?？?，處理不當(dāng)很可能殃及整個(gè)互聯(lián)大系統(tǒng)，往往造成大范 圍、長(zhǎng)時(shí)間停電，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活造成巨大影響，在最嚴(yán)重的情況下，甚至可能 造成電力系統(tǒng)的崩潰和瓦解。 一直以來(lái)，各國(guó)的專家、學(xué)者對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了大量的研究，主要包括： 穩(wěn)定性破壞發(fā)生的原因、過(guò)程和后果，及其控制方法。在我國(guó)，由于目前輸電系統(tǒng)的建 設(shè)遠(yuǎn)滯后于電源的建設(shè)，高低壓環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且電網(wǎng)間存在強(qiáng)耦合，從而更易發(fā)生暫 態(tài)穩(wěn)定性破壞事故，而且從經(jīng)濟(jì)方面講，電網(wǎng)中某些輸電線路的傳輸容量受到暫態(tài)穩(wěn)定 性要求的制約，實(shí)際傳輸容量遠(yuǎn)低于線路的承載能力。在這些情況下，研究和實(shí)現(xiàn)相應(yīng) 的暫態(tài)穩(wěn)定控制措施，不但可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且可以提高線路傳輸能力， 從而保證電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行。 1 2 2 穩(wěn)定性的分類 國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議( c i g r e ) 根據(jù)電力系統(tǒng)失穩(wěn)的物理特征、受擾動(dòng)的類型以及研究穩(wěn) 定問(wèn)題必須考慮的電力設(shè)備特性、電壓失穩(wěn)的過(guò)程和失穩(wěn)持續(xù)的時(shí)間等因素，將電力系 統(tǒng)穩(wěn)定分為功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定三大類及眾多的子類，如圖1 1 所示。 ( 1 ) 功角穩(wěn)定 功角穩(wěn)定是指互聯(lián)電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)受到擾動(dòng)后保持同步運(yùn)行的能力。當(dāng)系 統(tǒng)受到擾動(dòng)后，就可能使線路上的輸送功率超過(guò)它的極限，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)失去同步，造 成發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列。功角失穩(wěn)主要有兩類【6 】：一類是由于缺少有效阻尼轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致轉(zhuǎn)子 角增幅振蕩，另一類是由于缺少同步轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角度逐步增大。為便于分析和 深入理解穩(wěn)定性問(wèn)題，根據(jù)擾動(dòng)的性質(zhì)將功角穩(wěn)定分為小擾動(dòng)功角穩(wěn)定和大擾動(dòng)功角穩(wěn) 定。大擾動(dòng)功角穩(wěn)定也即暫念穩(wěn)定，是電力系統(tǒng)遭受輸電線路短路、斷路等大擾動(dòng)時(shí)保 持同步運(yùn)行的能力，它由系統(tǒng)的初始運(yùn)行狀態(tài)和受擾動(dòng)的嚴(yán)重程度以及擾動(dòng)的排除情況 共同決定。在i e e e 和c i g r e 的定義與分類中，小擾動(dòng)功角穩(wěn)定和大擾動(dòng)功角穩(wěn)定均 被視為一種短期現(xiàn)象。 2 碩士論文基于t - s 模糊模型的電力系統(tǒng)魯棒控制研究 圖1 1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定的分類 ( 2 ) 電壓穩(wěn)定 電壓穩(wěn)定性已經(jīng)研究了很多年，但學(xué)術(shù)界至今還沒(méi)有給出嚴(yán)格的定義。加拿大學(xué)者 k u n d u r 在文獻(xiàn) 6 中將電壓穩(wěn)定性定義為“電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行或經(jīng)受擾動(dòng)后維持所有 節(jié)點(diǎn)電壓為可接受值的能力，電壓失穩(wěn)是指“擾動(dòng)引起的連續(xù)且不可控制的電壓下降 過(guò)程”，至于電壓崩潰是指“伴隨著電壓失穩(wěn)的一系列時(shí)間導(dǎo)致系統(tǒng)的部分電壓低到不 可接受的過(guò)程 。t a y l o r 在文獻(xiàn)【7 】中定義電壓失穩(wěn)為：“電壓穩(wěn)定的喪失，導(dǎo)致電壓逐步 衰減的過(guò)程”，而電壓崩潰定義是指“故障或擾動(dòng)后的節(jié)點(diǎn)電壓值已超出了可接受的范 圍 。 i e e e 和c i g r e 穩(wěn)定定義聯(lián)合工作組于2 0 0 4 年給出了新的電壓穩(wěn)定的定義：“在給 定的初始運(yùn)行狀態(tài)下，電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)后系統(tǒng)中所有母線維持穩(wěn)定電壓的能力，它依 賴于負(fù)荷需求與系統(tǒng)向負(fù)荷供電之間維持平衡的能力。根據(jù)擾動(dòng)的不同，電壓穩(wěn)定分 為小擾動(dòng)電壓穩(wěn)定和大擾動(dòng)電壓穩(wěn)定兩種。大擾動(dòng)電壓穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)遭受如系統(tǒng)故 障、失去電源等大擾動(dòng)后，系統(tǒng)所有母線保持穩(wěn)定電壓的能力。小擾動(dòng)電壓穩(wěn)定是指電 力系統(tǒng)遭受負(fù)荷變化等小擾動(dòng)后，系統(tǒng)中所有母線維持電壓在可接受范圍內(nèi)的能力。小 擾動(dòng)電壓穩(wěn)定既可能是短期的也可能是長(zhǎng)期的。 ( 3 ) 頻率穩(wěn)定 電力系統(tǒng)的頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的有功功 率是平衡的，頻率也處于穩(wěn)定狀態(tài)，如我國(guó)電網(wǎng)額定頻率為5 0 h z 。發(fā)電機(jī)出力和用電 負(fù)荷的變化都會(huì)引起系統(tǒng)頻率的偏移，因此有必要根據(jù)頻率偏差進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。 系統(tǒng)頻率、電壓、功率相互制約。頻率變化時(shí)，會(huì)引起發(fā)電機(jī)輸出電磁功率變化， 這是發(fā)電系統(tǒng)的頻率特性或稱之為發(fā)電頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)；頻率變化時(shí)，負(fù)荷消耗的功率也 隨之變化，這是負(fù)荷系統(tǒng)的頻率特性或稱之為負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)；頻率的變化，還會(huì)引 起電網(wǎng)電壓的變化，而電壓變化又會(huì)引起發(fā)電功率和負(fù)荷功率的變化。頻率穩(wěn)定是指電 力系統(tǒng)受到嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，發(fā)電和負(fù)荷需求出現(xiàn)大的不平衡后，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定頻率的能 力【到。頻率穩(wěn)定可以是一種短期或長(zhǎng)期現(xiàn)象。 3 1 緒論碩士論文 1 3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的主要研究方法 現(xiàn)代電力系統(tǒng)具有多種運(yùn)行方式和不確定的外界干擾，既有連續(xù)控制又有離散控 制，分層和就地分散控制并存的非線性動(dòng)態(tài)大系統(tǒng)。被測(cè)狀態(tài)量和控制量在空間分布上 可以相距上千公里，動(dòng)態(tài)過(guò)程的時(shí)間分布可以由數(shù)十毫秒到數(shù)十分鐘。用現(xiàn)代控制理論 解決這樣復(fù)雜動(dòng)態(tài)大系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題，需要面臨一系列的問(wèn)題。 1 3 1 電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述 電力系統(tǒng)是一類典型的非線性大系統(tǒng)，可以由如下高維非線性微分代數(shù)方程組來(lái) 描述： 其中，x 是系統(tǒng)的狀態(tài)變量，如運(yùn)動(dòng)變量轉(zhuǎn)子角萬(wàn)和轉(zhuǎn)子角速度緲，也可以是內(nèi)電 勢(shì)砭、e ，控制元件的慣性環(huán)節(jié)等；j ，是代數(shù)變量，如電流l 、l 。微分方程描述了 系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)元件的動(dòng)力學(xué)行為，代數(shù)方程反映系統(tǒng)各變量之間的耦合關(guān)系及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s 束。如果考慮控制器或某些電力系統(tǒng)元件的離散行為，還需要加入差分方程，所以電力 系統(tǒng)是個(gè)混雜大系統(tǒng)，可以用一個(gè)非線性微分差分代數(shù)方程組來(lái)描述【8 。o 】。 1 3 2 基于電力系統(tǒng)線性模型的研究 對(duì)于電力系統(tǒng)的線性模型，可以應(yīng)用各種成熟的線性控制理論，如極點(diǎn)配置、線性 最優(yōu)控制、變結(jié)構(gòu)方法、線性h o o 控制、線性魯棒控制等來(lái)設(shè)計(jì)控制器。這里的線性模 型是通過(guò)對(duì)非線性模型在某一特定運(yùn)行點(diǎn)處作泰勒展開并忽略高次項(xiàng)得到的，即進(jìn)行局 部線性近似化而得到的，這種模型依賴于系統(tǒng)特定的運(yùn)行狀態(tài)。 這種采用在某一點(diǎn)處近似線性化的模型作為設(shè)計(jì)依據(jù)的控制方式雖能夠有效改善 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，但對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性沒(méi)有明顯改善。當(dāng)電力系統(tǒng)遭受大干擾時(shí)，實(shí) 際的運(yùn)行點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)控制器時(shí)所選的平衡點(diǎn)較大，產(chǎn)生較大幅度的振蕩時(shí)，控制誤差較 大【l 】。只有采用其他線性化方法，尋找一個(gè)與平衡點(diǎn)無(wú)關(guān)的系統(tǒng)模型，根據(jù)此模型設(shè)計(jì) 的控制器才能夠較好適應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)的變化。 線性最優(yōu)控制是現(xiàn)代控制理論中應(yīng)用最多，最為成熟的分支。自上世紀(jì)6 0 年代后 期余耀南教授將線性最優(yōu)控制應(yīng)用到電力系統(tǒng)中以來(lái)【3 】，我國(guó)學(xué)者在設(shè)計(jì)多參數(shù)全狀態(tài) 反饋?zhàn)顑?yōu)勵(lì)磁控制器方面展開了不少研究工作 1 1 , 1 2 】。文獻(xiàn) 1 l 】提出利用最優(yōu)控制手段提 高遠(yuǎn)距離輸電線路輸電能力和改善動(dòng)態(tài)品質(zhì)的問(wèn)題，取得了一系列重要的研究成果。該 研究指出了在大型機(jī)組方面應(yīng)直接利用最優(yōu)勵(lì)磁控制方式替代古典勵(lì)磁方式。目前最優(yōu) 勵(lì)磁控制已進(jìn)入了實(shí)用化階段。在多機(jī)電力系統(tǒng)中，為了使不同地點(diǎn)的機(jī)組實(shí)現(xiàn)綜合控 4 神弘u ，g = = x o ，、l 碩士論文 基于t - s 模糊模型的電力系統(tǒng)魯棒控制研究 制相互配合，可采用最優(yōu)分散協(xié)調(diào)控制。文獻(xiàn) 1 2 】提出的最優(yōu)分散協(xié)調(diào)控制，是以全系 統(tǒng)模型為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)各局部控制器，再對(duì)各局部控制器的控制結(jié)構(gòu)加以分散約束。這使得 各個(gè)控制器不僅對(duì)于它們的控制對(duì)象或局部系統(tǒng)的控制效果達(dá)到最優(yōu)，能夠協(xié)調(diào)一致地 工作，同時(shí)還能保證全系統(tǒng)的性能在某種同一指標(biāo)下達(dá)到最優(yōu)。 目前，電力系統(tǒng)線性最優(yōu)勵(lì)磁控制器已經(jīng)在電力生產(chǎn)中獲得了應(yīng)用，并發(fā)揮著重要 的作用。 1 3 3 基于電力系統(tǒng)非線性模型的研究 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行及小干擾情況下可以不必考慮系統(tǒng)的非線性，用線性化模型及線 性最優(yōu)控制或其他成熟的線性控制理論設(shè)計(jì)控制器所產(chǎn)生的誤差可以忽略不計(jì)。但在考 慮大干擾作用時(shí)的暫態(tài)穩(wěn)定控制時(shí)必需考慮非線性的影響。近年來(lái)，各種非線性控制理 論被應(yīng)用于電力系統(tǒng)，取得了很多研究成果。 1 3 3 1 反饋線性化法 ( 1 ) 基于微分幾何理論的反饋線性化方法通過(guò)構(gòu)造恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，實(shí)現(xiàn)非線性系 統(tǒng)的精確線性化，在所得到的線性模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用線性控制理論設(shè)計(jì)控制器 1 】。微分 幾何方法適用于仿射非線性系統(tǒng)。對(duì)于仿射非線性單輸入單輸出系統(tǒng)，如果關(guān)系度，小 于系統(tǒng)的維數(shù)n 或者是沒(méi)有明確輸出的系統(tǒng)，可以假設(shè)一個(gè)虛擬輸出，同樣有可能實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的精確線性化；若系統(tǒng)的關(guān)系度，等于n ，則一定可以構(gòu)造出微分同胚映射，可以 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精確線性化。文獻(xiàn) 1 3 1 較早地將微分幾何控制理論的新成果與電力系統(tǒng)基本 理論相結(jié)合，提出了多機(jī)系統(tǒng)非線性解耦勵(lì)磁控制方式的設(shè)計(jì)方法，得到了解析非線性 勵(lì)磁控制規(guī)律，突破了在特定平衡點(diǎn)線性化的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，有效改善了多機(jī)電力系統(tǒng) 的暫態(tài)穩(wěn)定。文獻(xiàn) 1 成功應(yīng)用微分幾何理論設(shè)計(jì)了勵(lì)磁、汽門、以及f a c t s 的控制器， 并且都取得了較好的控制效果。 基于微分幾何理論的反饋線性化方法具有成熟的理論基礎(chǔ)，但其控制律的推導(dǎo)要求 較高的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，同時(shí)非線性反饋的引入令控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，限制了其在工程中的 運(yùn)用。 ( 2 ) 直接反饋線性化方法( d f l ) 。對(duì)于一個(gè)非線性系統(tǒng)，通過(guò)引入恰當(dāng)?shù)姆蔷€性反 饋來(lái)抵消原系統(tǒng)的非線性，能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的“偽”線性化，在此基礎(chǔ)上只需采用常規(guī) 的線性控制方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制器。d f l 方法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要進(jìn)行復(fù)雜的坐標(biāo)變換 和大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，物理概念清晰，且便于工程應(yīng)用。文獻(xiàn) 1 4 在d f l 的基礎(chǔ)上， 應(yīng)用變結(jié)構(gòu)控制理論設(shè)計(jì)了電力系統(tǒng)綜合控制器，仿真表明該控制器不僅提高了系統(tǒng)的 暫態(tài)穩(wěn)定性且改善了故障后的電壓的調(diào)節(jié)能力。 ( 3 ) 逆系統(tǒng)方法利用對(duì)象的逆構(gòu)成一種可用反饋方法實(shí)現(xiàn)的口一階積分逆系統(tǒng)，將之 串聯(lián)在被控過(guò)程的前面，這樣可以把對(duì)象補(bǔ)償成為具有線性傳遞關(guān)系的系統(tǒng)，然后再對(duì) 5 1 緒論 碩士論文 該對(duì)象采用傳統(tǒng)的線性控制方法進(jìn)行控制【l5 1 。文獻(xiàn) 1 6 3 將多變量的逆系統(tǒng)方法用于大型 汽輪發(fā)電機(jī)組的綜合協(xié)調(diào)控制，仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器能有效地提高發(fā)電機(jī)的穩(wěn) 定性和電壓精度。 在特定條件下，d f l 、逆系統(tǒng)方法和微分幾何方法本質(zhì)上是等價(jià)的，可解性依賴于 具體問(wèn)題，對(duì)于多輸入多輸出( m i m o ) 系統(tǒng)很難保證系統(tǒng)的魯棒性，并且需要系統(tǒng)的精 確模型，難于工程實(shí)現(xiàn)。 反饋線性化方法的缺點(diǎn)是要求精確系統(tǒng)的模型和參數(shù)，因而不具備對(duì)參數(shù)和模型不 確定的魯棒性。電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，存在著各種不確定性因素，比如穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) 負(fù)荷的波動(dòng)、故障引起的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變等。同時(shí)，在系統(tǒng)模型中也存在不確定性， 如只能采用簡(jiǎn)化的模型，模型參數(shù)的不確定性等。因此，反饋線性化與魯棒控制、變結(jié) 構(gòu)控制、自適應(yīng)控制的結(jié)合是值得關(guān)注的。 1 3 3 2l y a p u n o v 直接法 l y a p u n o v 直接法原來(lái)用于分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)定域計(jì)算等，同時(shí)也是非線 性控制設(shè)計(jì)的一個(gè)有力依據(jù)。對(duì)于一般的非線性控制系統(tǒng)，假設(shè)系統(tǒng)的平衡點(diǎn)是原點(diǎn)， 直接法鎮(zhèn)定設(shè)計(jì)就是尋找一個(gè)正定的l y a p u n o v 函數(shù)y ( x ) 0 對(duì)于v x 0 成立，且 y ( o ) = 0 ，并求得反饋控制規(guī)律u = “( 曲使得p ( x ) 0 ，根據(jù)l y a p u n o v 穩(wěn)定理論，這樣 可使閉環(huán)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定。顯然，礦越負(fù)表明在動(dòng)態(tài)過(guò)程中軌跡趨向于平衡點(diǎn)越快，因此 控制規(guī)律須使礦在所有時(shí)刻均取最負(fù)的值，這就是l y a p u n o v 最優(yōu)控制的設(shè)計(jì)思想。 l y a p u n o v 直接法由于直接考慮了系統(tǒng)的非線性特性，且物理概念清晰，在電力系 統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析及控制器的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。采用l y a p u n o v 直接法設(shè)計(jì)控 制律的關(guān)鍵是選取適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)”對(duì)于穩(wěn)定的系統(tǒng)必然存在多種l y a p u n o v 函數(shù)，如何 選取合適的l y a p u n o v 函數(shù)是比較困難的；同時(shí)高階多維電力系統(tǒng)的l y a p u n o v 函數(shù)相當(dāng) 復(fù)雜。文獻(xiàn) 17 基于l y a p u n o v 直接控制方法研究了非線性最優(yōu)勵(lì)磁控制器，數(shù)值仿真 和基于微機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制裝置均說(shuō)明了所設(shè)計(jì)控制器的優(yōu)越性。文獻(xiàn) 18 應(yīng)用l y a p u n o v 直接控制方法設(shè)計(jì)了魯棒汽門控制器和勵(lì)磁控制器并與傳統(tǒng)控制策略進(jìn)行了比較，結(jié)果 表明在暫態(tài)穩(wěn)定、臨界清除時(shí)間和阻尼振蕩方面均有更好的性能。 1 3 3 3 廣義哈密頓h a m i l t o n 系統(tǒng)控制理論 廣義哈密頓( h a m i l t o n ) 系統(tǒng)理論是當(dāng)前非線性科學(xué)的一個(gè)重要的研究方向。該系統(tǒng) 理論突破了維數(shù)對(duì)經(jīng)典哈密頓系統(tǒng)的限制，是一個(gè)開放的能量系統(tǒng)，即有與外界能量的 交換，又有內(nèi)部能量的耗散，適用于耗散系統(tǒng)理論中無(wú)源化控制設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn) 1 9 1 基 于h a m i l t o n 系統(tǒng)理論，提出了一種新的非線性穩(wěn)定控制器的設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用此方法 設(shè)計(jì)了單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)汽門與勵(lì)磁協(xié)調(diào)控制器，獲得了較為滿意的結(jié)果。文獻(xiàn) 2 0 1 將一類含有不確定項(xiàng)的非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為h a m i l t o n 系統(tǒng)，研究了魯棒h o o 問(wèn)題，并 將其應(yīng)用于多機(jī)系統(tǒng)勵(lì)磁控制器的設(shè)計(jì)，取得了一定的成果。 6 碩士論文 基于t - s 模糊模型的電力系統(tǒng)魯棒控制研究 從無(wú)源系統(tǒng)的角度看，構(gòu)造l y a p u n o v 函數(shù)的過(guò)程正是使系統(tǒng)無(wú)源化的過(guò)程，而無(wú) 源性是指系統(tǒng)有外界輸入時(shí)能量的衰減特性。無(wú)源化方法的引入為l y a p u n o v 函數(shù)的構(gòu) 造提供了實(shí)際的物理意義。廣義h a m i l t o n 系統(tǒng)的引入，有可能為非線性魯棒控制的發(fā) 展帶來(lái)新的契機(jī)。因此，基于無(wú)源性和耗散性方法的魯棒控制理論已成為電力系統(tǒng)魯棒 控制研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。 1 3 3 4 非線性魯棒控制 在實(shí)際電力系統(tǒng)中，被控對(duì)象總是存在著各種各樣的不確定性，我們?cè)O(shè)計(jì)控制器所 依賴的數(shù)學(xué)模型只是被控對(duì)象的近似描述。因此，魯棒控制對(duì)非線性系統(tǒng)理論來(lái)講是一 個(gè)重要的課題?；诜答伨€性化的非線性系統(tǒng)控制理論的出現(xiàn)，促進(jìn)了非線性系統(tǒng)魯棒 控制理論的發(fā)展，它與l y a p u n o v 穩(wěn)定性理論、小增益理論以及耗散性或無(wú)源性等理論 相結(jié)合，給出了許多有效的魯棒系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法。目前，非線性魯棒控制理論應(yīng)用 于電力系統(tǒng)控制主要有以下兩種基本方法矧：第一種方法是通過(guò)反饋線性化對(duì)等效的線 性系統(tǒng)應(yīng)用線性魯棒控制理論加以分析設(shè)計(jì)，以提高原非線性系統(tǒng)的魯棒性。理論上講， 滿足一定條件的非線性系統(tǒng)的擾動(dòng)通過(guò)狀態(tài)變換后可以變換成線性系統(tǒng)的擾動(dòng)；第二種 方法是通過(guò)某種變換將原非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的等效標(biāo)準(zhǔn)型非線性系統(tǒng)，而這個(gè)新 的非線性系統(tǒng)可以表述為帶非線性擾動(dòng)項(xiàng)的線性系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用各種魯棒控制方 法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 非線性h o o 控制是2 0 世紀(jì)8 0 年代提出的一種魯棒控制理論，目前已有較多將該方 法應(yīng)用于電力系統(tǒng)的研剄5 3 , 5 6 。非線性h o o 設(shè)計(jì)的目標(biāo)是盡量減少輸入信號(hào)的最大增益， 從而將不確定干擾對(duì)系統(tǒng)輸出的影響限制在可接受的范圍以內(nèi)。非線性系統(tǒng)的h o o 控制 有兩種思路：一種是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行線性化，在此基礎(chǔ)上估計(jì)出非線性項(xiàng)的上界，將它們作 為不確定項(xiàng)處理，采用線性h o o 方法進(jìn)行設(shè)計(jì)；另外一種思路則將減少閉環(huán)系統(tǒng)的厶增 益作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，來(lái)獲得滿足條件的控制律。 但是，迄今為止，非線性魯棒控制理論在電力系統(tǒng)的研究還不夠完善。其中一個(gè)有 待解決的問(wèn)題就是不確定的建模，也就說(shuō)如何將不確定干擾項(xiàng)引入控制系統(tǒng)。目前，常 用的不確定系統(tǒng)模型中的干擾項(xiàng)大多缺少明確的物理意義，不能準(zhǔn)確地描述電力系統(tǒng)干 擾的特性，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)的魯棒控制器，存在一定的局限性【2 8 】。 1 3 3 5b a c k s t e p p i n g 控制 上世紀(jì)9 0 年代以來(lái)，隨著b a c k s t e p p i n g 等遞歸設(shè)計(jì)方法的提出，這種新的構(gòu)造性 控制設(shè)計(jì)方法的研究引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。b a c k s t e p p i n g 方法又稱為反步法或逆推法， 是一種通過(guò)設(shè)計(jì)反饋控制來(lái)構(gòu)造l y a p u n o v 函數(shù)的遞歸設(shè)計(jì)方法。一般的設(shè)計(jì)步驟為【2 1 】： 首先選取系統(tǒng)的部分狀態(tài)構(gòu)成子系統(tǒng)，把其余狀態(tài)當(dāng)作是該子系統(tǒng)的虛擬輸入，構(gòu)造子 系統(tǒng)的l y a p u n o v 函數(shù)，設(shè)計(jì)虛擬控制律，使子系統(tǒng)穩(wěn)定?；谠O(shè)計(jì)出的虛擬控制，再 選取系統(tǒng)的部分狀態(tài)和前面的子系統(tǒng)組成新的子系統(tǒng)，構(gòu)造新子系統(tǒng)的l y a p u n o v 函數(shù)， 7 1 緒論碩士論文 設(shè)計(jì)虛擬控制，使新的子系統(tǒng)穩(wěn)定。按照此方法遞歸設(shè)計(jì)最后得到整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際控制 律，使系統(tǒng)穩(wěn)定。 b a c k s t e p p i n g 方法直接在非線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)控制器，不需要采取任何線性化 方法。對(duì)于參數(shù)不確定性的系統(tǒng)，文獻(xiàn) 2 2 1 將b a c k s t e p p i n g 方法與自適應(yīng)機(jī)制有機(jī)結(jié)合 設(shè)計(jì)了汽輪發(fā)電機(jī)的綜合控制器，所設(shè)計(jì)的控制器對(duì)發(fā)電機(jī)參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的魯棒 性，并能顯著提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)的電壓精度。利用b a c k s t e p p i n g ，還能實(shí)現(xiàn) 對(duì)非線性時(shí)滯系統(tǒng)的鎮(zhèn)定 2 3 】。 b a c k s t e p p i n g 控制方法其設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)明且能有效處理參數(shù)不確定性及外界干擾，該 方法具有很好的應(yīng)用前景。 1 3 3 6 變結(jié)構(gòu)控制 變結(jié)構(gòu)控制是滑動(dòng)模態(tài)變結(jié)構(gòu)控制的簡(jiǎn)稱，這種控制設(shè)計(jì)方法是將控制器分解為若 干個(gè)不同的予控制器組成，這些子控制器的參數(shù)和結(jié)構(gòu)都有所不同，系統(tǒng)在工作過(guò)程中 根據(jù)某種規(guī)則在這些子控制器之間切換以達(dá)到改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的目的。在控制過(guò)程 中，系統(tǒng)處在一種不連續(xù)的跳變狀態(tài)，因此即使原系統(tǒng)是線性的，這種控制系統(tǒng)也不是 線性的【2 1 1 。 構(gòu)造變結(jié)構(gòu)控制器的核心是滑動(dòng)模態(tài)的設(shè)計(jì)，即切換函數(shù)的選擇算法。對(duì)于線性系 統(tǒng)來(lái)說(shuō)，滑動(dòng)模態(tài)的設(shè)計(jì)已有較完善的結(jié)果。對(duì)于非線性系統(tǒng)則只能具體問(wèn)題具體分析。 變結(jié)構(gòu)控制有許多優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)于參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的魯棒性。但變結(jié)構(gòu)控制 也存在一些不足，主要是會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)。 變結(jié)構(gòu)控制一般定義如下，考慮非線性系統(tǒng) 文= f ( x ，即，f ) ，x r n ，陽(yáng)r ” 控制量跖= u ( t ，x ) 按下列邏輯在切換流形上進(jìn)行切換 2 l 】 吩。，x ，= 荽葚：二；： 乏二；三三i = l , 2 , - - , m 上述系統(tǒng)與通常的連續(xù)反饋控制系統(tǒng)不同，控制量按一定的邏輯進(jìn)行切換，即系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)按一定的規(guī)律變化。文獻(xiàn) 2 4 運(yùn)用非線性系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制理論，結(jié)合勵(lì)磁控制 的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)勵(lì)磁控制器。文獻(xiàn) 2 5 1 針對(duì)多機(jī)系統(tǒng)以線性化后 的狀態(tài)變量構(gòu)造了滑動(dòng)面，設(shè)計(jì)的變結(jié)構(gòu)勵(lì)磁控制器能夠有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。 1 3 3 7 自適應(yīng)控制 自適應(yīng)控制的研究對(duì)象是具有一定程度不確定性的系統(tǒng)，自適應(yīng)控制器能夠隨對(duì)象 或擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化自動(dòng)修正自身的特性，目前成熟的自適應(yīng)控制系統(tǒng)包括兩類。模型參 考自適應(yīng)控制，以模型和對(duì)象的輸出誤差作為反饋信號(hào)，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整控制器的參數(shù)使 8 碩士論文基于t - s 模糊模型的電力系統(tǒng)魯棒控制研究 得輸出誤差收斂到零；參數(shù)自適應(yīng)控制，參數(shù)自校正調(diào)節(jié)器根據(jù)對(duì)象的輸入輸出特性 在線的對(duì)對(duì)象參數(shù)進(jìn)行遞推估計(jì)，然后根據(jù)遞推得到模型實(shí)時(shí)調(diào)整控制律。 電力系統(tǒng)自適應(yīng)控制應(yīng)用研究始于2 0 世紀(jì)8 0 年代初，由于自適應(yīng)控制方法所具有 的特點(diǎn)，多年來(lái)電力系統(tǒng)自適應(yīng)控制應(yīng)用研究一直受到科技工作者的關(guān)注，并取得了一 批有意義的成果【2 1 矧。采用自適應(yīng)控制技術(shù)能夠有效地解決模型不精確和模型變化所帶 來(lái)的魯棒性問(wèn)題，但是由于它需要復(fù)雜的在線計(jì)算和遞推估計(jì)，只是適合于一些實(shí)時(shí)性 不高的過(guò)程【27 。 1 3 3 8 智能控制 智能控制技術(shù)包括：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制和專家系統(tǒng)控制等。因其具有一定的 “智能 特性，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的關(guān)注，獲得了大量的研究成果。如引入專家 的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，能夠處理不確定性問(wèn)題、具有自學(xué)習(xí)的能力、擅于處理非線性問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)， 成為電力系統(tǒng)研究中一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。智能技術(shù)既可以作為一種上層策略以實(shí)現(xiàn)在 線或離線調(diào)整，優(yōu)化原有非智能控制器的參數(shù)或結(jié)構(gòu)，也可以作為一種底層控制規(guī)律來(lái) 取代原有勵(lì)磁控制的某一環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)特定的控制算法或映射關(guān)系。綜合智能控制將智能 控制與現(xiàn)代控制方法相結(jié)合，把各自優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，綜合智能控制系統(tǒng)將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)起 到更加重要的作用【2 引。 如何將各種非線性控制的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起設(shè)計(jì)一種高效實(shí)用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制 器，仍是目前研究的熱點(diǎn)。 1 4 廣域測(cè)量系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的影響 由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、控制手段更靈活、協(xié)調(diào)更困難，為了改變傳統(tǒng)的 電力系統(tǒng)測(cè)量、分析和控制方法，電力系統(tǒng)必須與計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、全球衛(wèi)星定位 系統(tǒng)( g p s ) 等交叉和融合，形成和發(fā)展基于實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)采集和處理的廣域相量測(cè)量系 統(tǒng)( w a m s ，w i d e a r e am e a s u r e m e n ts y s t e m ) 1 2 9 】。這種以基于動(dòng)態(tài)相量測(cè)量單元( d p m u ， d y n a m i cp m u ) 的廣域測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了廣域電網(wǎng)在線安全性分析、監(jiān)測(cè)與控制，已經(jīng)成 為世界各國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的一個(gè)重大安全戰(zhàn)略措施。 對(duì)于多機(jī)電力系統(tǒng)的暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制，之前一直強(qiáng)調(diào)控制分散和局部化，因?yàn)?在當(dāng)時(shí)的條件下無(wú)法獲得全局信息。但w a m s 技術(shù)的應(yīng)用有助于在同一時(shí)間參考軸下 獲得大規(guī)模電力系統(tǒng)中大量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)信息，應(yīng)用p m u 能夠獲得發(fā)電機(jī)功角和 母線電壓相量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為電力系統(tǒng)的廣域穩(wěn)定控制提供了必要的數(shù)據(jù)。不可否認(rèn)， 在w a m s 中，由于變換器延遲、相量處理時(shí)間、p m u 輸出數(shù)據(jù)尺寸、多路傳輸和變換、 相關(guān)的通信鏈路、數(shù)據(jù)集中器等環(huán)節(jié)不可避免地造成通信“延時(shí) ，這將直接影響控制 系統(tǒng)即時(shí)有效地工作，甚至破壞控制系統(tǒng)的有效性，延長(zhǎng)了為提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和防止系 統(tǒng)振蕩的控制裝置的動(dòng)作時(shí)間，干擾了系統(tǒng)的穩(wěn)定性 3 0 】。因此，p m u 的配置與通信“延 9 1 緒論碩士論文 時(shí)”勢(shì)必影響廣域穩(wěn)定控制系統(tǒng)的可用性、有效性，如何解決這類問(wèn)題也是電力系統(tǒng)當(dāng) 前的研究熱點(diǎn)。 目前，w a m s 已經(jīng)在我國(guó)的江蘇電網(wǎng)、湖南電網(wǎng)、南方電網(wǎng)以及東北電網(wǎng)得到了 應(yīng)用【3 0 ，3 1 1 ，但是關(guān)于它們的時(shí)滯特性的研究還很不夠充分。開展我國(guó)廣域測(cè)量系統(tǒng)和信 息網(wǎng)絡(luò)的時(shí)滯特性的定量研究，包括數(shù)值仿真研究和實(shí)際測(cè)量研究是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工 作，對(duì)于w a m s 的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義，對(duì)基于w a m s 的電力系統(tǒng)廣域控制 設(shè)計(jì)具有重要的影響，值得深入研究。 1 5 小結(jié) 從目前電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，如何采取有效的控制方法和穩(wěn)定措施以保證互聯(lián) 大電網(wǎng)的全局穩(wěn)定性仍是當(dāng)前電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析與控制研究的緊迫任務(wù)。 從控制方法來(lái)看，非線性控制理論在電力系統(tǒng)中成功的應(yīng)用明顯地提高了電力系統(tǒng) 暫態(tài)穩(wěn)定性，對(duì)增強(qiáng)電壓穩(wěn)定性也有顯著的作用。然而由于非線性控制器的復(fù)雜性，使 其難以應(yīng)用于工程實(shí)踐。線性控制簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，卻又無(wú)法達(dá)到滿意的控制效果。 如何設(shè)計(jì)出一種能夠有效改善系統(tǒng)穩(wěn)定性能，且構(gòu)成簡(jiǎn)單、易于工程實(shí)現(xiàn)的電力系 統(tǒng)穩(wěn)定控制器，是科技工作者所要面臨的一個(gè)重要課題。 1 6 本文的主要工作 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度正在顯著增大。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促使現(xiàn)代輸電網(wǎng)的 管理和運(yùn)營(yíng)模式發(fā)生變革，對(duì)其安全、穩(wěn)定、高效、靈活運(yùn)行控制的要求日益提高，從 而急需發(fā)展新的調(diào)控手段，提高其穩(wěn)定性和可靠性。隨著以大機(jī)組、超高壓電網(wǎng)為特點(diǎn) 的大規(guī)模電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，改善系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性成為日趨重要和緊迫的研究 課題。在這種情況下，為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有效的方式是采取適當(dāng)?shù)目?制手段。 本文利用t - s 模糊模型無(wú)窮逼近非線性系統(tǒng)的特性，針對(duì)電力系統(tǒng)的非線性模型， 構(gòu)造了電力系統(tǒng)的t - s 模糊模型。在此基礎(chǔ)上，研究了電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制問(wèn)題。針對(duì)某 個(gè)給定電力系統(tǒng)，求取滿足某種性能的控制規(guī)律，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的魯 棒性能。 其主要工作如下： 第一章介紹了電力系統(tǒng)穩(wěn)定的意義及分類，簡(jiǎn)述了電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的發(fā)展概況、 電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的主要研究方法以及現(xiàn)代控制理論在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用情 況。 第二章介紹了t - s 模糊模型的特性及構(gòu)成，模糊控制理論的發(fā)展概況。簡(jiǎn)述了模糊 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化方法，包括系統(tǒng)的穩(wěn)定性，模糊模型相除技術(shù)，并行分配 1 0 碩士論文 基于t - s 模糊模型的電力系統(tǒng)魯棒控制研究 補(bǔ)償技術(shù)。設(shè)計(jì)控制器時(shí)，考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，極點(diǎn)區(qū)域約束要求以及魯棒h o o 性能。 t - s 模型系統(tǒng)能夠無(wú)限逼近非線性系統(tǒng)，且控制器構(gòu)成簡(jiǎn)單，具有很好的實(shí)用價(jià)值。 第三章針對(duì)一類含周期性負(fù)荷擾動(dòng)的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)，構(gòu)造了系統(tǒng)的模糊t s 模型。 基于并行分配補(bǔ)償技術(shù)( p d c ) 設(shè)計(jì)了模糊h o o 控制，并與基于模糊模型相除技術(shù)( c d f ) 的控制器進(jìn)行比較。 第四章針對(duì)一類含t c s c 的等效兩機(jī)電力系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了滿足穩(wěn)定性、極點(diǎn)配置、魯 棒h o o 的多目標(biāo)模糊控制器。并與基于反饋線性化的h 控制器的控制效果進(jìn)行比較。 第五章將t - s 模糊模型應(yīng)用于電力系統(tǒng)勵(lì)磁控制器設(shè)計(jì)。改進(jìn)了傳統(tǒng)的最優(yōu)勵(lì)磁控 制單點(diǎn)線性化誤差大的缺點(diǎn)，采用多點(diǎn)線性化，利用模糊隸屬度函數(shù)將固定反饋改進(jìn)為 動(dòng)態(tài)非線性反饋。隨著廣域測(cè)量系統(tǒng)( w a m s ) 被引入電力系統(tǒng)，使得電力系統(tǒng)全狀態(tài)量 的獲得成為可能，基于此設(shè)計(jì)了多機(jī)系統(tǒng)全狀態(tài)多目標(biāo)反饋控制器。 第六章總結(jié)了本文的工作。分析了本論文中電力系統(tǒng)模糊控制器的特點(diǎn)。同時(shí)，根 據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的要求及本人在論文完成過(guò)程中所遇到的一些問(wèn)題，提出一些未來(lái) 亟待解決的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)工作進(jìn)行了展望。 2 非線性系統(tǒng)基于t - s 模糊模型的魯棒控制 碩士論文 2 非線性系統(tǒng)基于t s 模糊模型的魯棒控制 2 1 引言 模糊控n ( f u z z yc o n t r 0 1 ) 是近代控制理論中一種基于模糊數(shù)學(xué)理論，采用語(yǔ)言規(guī)則 與模糊推理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的高級(jí)控制策略，是人工智能控制的重要分支，也是目前的一個(gè) 研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，模糊控制發(fā)展迅速，得到了廣泛的應(yīng)用，非常引人關(guān)注。模糊控制 不僅適用于常規(guī)的非線性單變量系統(tǒng)，而且逐漸向大規(guī)模、復(fù)雜非線性系統(tǒng)擴(kuò)展。它具 有明顯的優(yōu)點(diǎn)：易于熟悉、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)，能獲得專家知識(shí)和熟練操作經(jīng)驗(yàn)的良 好自動(dòng)化效果等。 1 9 6 5 年，美國(guó)加州大學(xué)l a z a d e h 博士發(fā)表了f u z z ys e t 論文創(chuàng)立了模糊集合論， 為解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具。1 9 7 4 年，英國(guó)學(xué)者e h m a m d a n i 教授首次將模糊集和模糊語(yǔ)言邏輯用于控制蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力和速度，結(jié)果獲得了比常 規(guī)p i d 控制更好的控制性能。隨后丹麥的e l s m i t h 公司成功將模糊控制應(yīng)用到水泥窯 的控制中，為模糊控制理論的實(shí)際應(yīng)用開辟了嶄新的前剽3 2 】。由于模糊控制技術(shù)具有控 制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、適用于許多非線性系統(tǒng)且魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，2 0 世紀(jì)8 0 年代以來(lái)，在理 論和工程實(shí)踐方面都獲得了較大的進(jìn)步與發(fā)展。模糊控制器與常規(guī)控制器區(qū)別在于，無(wú) 需采用微分方程、傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程等精確的數(shù)學(xué)描述，而是通過(guò)定義模糊量、模糊 集合以及相應(yīng)的隸屬度函數(shù)，采用一組模糊條件語(yǔ)句來(lái)描述輸入與輸出之間的映射關(guān) 系。這種用模糊條件旬來(lái)表示輸入輸出關(guān)系的模型稱為模糊模型，是一種語(yǔ)言模型3 2 , 3 3 】。 模糊控制本質(zhì)上是非線性的，缺乏像常規(guī)控制系統(tǒng)中使用的穩(wěn)定性分析工具，而模 糊控制器設(shè)計(jì)又包含了許多人為因素，因而對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性分析顯得尤為重要。日本學(xué) 者t a k a g i 和s u g e n o 于1 9 8 5 年提出了著名的t - s 模糊系統(tǒng)瞰】，為模糊系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 提供了系統(tǒng)化的理論框架。特別是基于l m i 理論的t - s 模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定分析與控 制器設(shè)計(jì)理論的提出【3 5 1 ，是近年來(lái)模糊控制領(lǐng)域內(nèi)的重大進(jìn)展之一，它使得這類多變量 模糊控制器的設(shè)計(jì)有了嚴(yán)格的理論依據(jù)。 模糊控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué) 控制。它是一種非線性控制方法，從屬于智能控制范疇而且己成為目前實(shí)現(xiàn)智能控制的 一種重要而有效的形式，具有巨大的應(yīng)用潛力。模糊控制的核心是用語(yǔ)言描述的控制規(guī) 則。語(yǔ)言控制規(guī)則通常用“如果，則渺”，t h e n ) ”的方式來(lái)表達(dá)在實(shí)際控制中 的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。礦部分，又稱條件部分，屬于模糊推理的前件，是由被控制量等構(gòu) 成的命題；t h e n 部分，又稱為結(jié)論部分，是描述控制量的命題。模糊控制的最大特征 是將專家控制經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)表示成語(yǔ)言控制規(guī)則，然后用這些規(guī)則去控制系統(tǒng)。因此，模 糊控制特別適用于模擬專家對(duì)數(shù)學(xué)模型未知的、復(fù)雜的非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制。 1 2 碩士論文 基于t - s 模糊模型的電力系統(tǒng)魯棒控制研究 2 2 非線性系統(tǒng)t - s 模糊建模 2 2 1t - s 模糊模型的