时滞多机电力系统气门开度的分散控制研究

摘要

多机电力系统是一个复杂的非线性关联大系统，它由各种各样的电力电子设备和机械元器件组成，随着高压直流输电(HVDC)和柔性交流输电元件(FACTS)的投入运行，以及跨区域电网的互联和电力市场的开放，使得电网结构日益复杂，其动态行为也变得更为复杂，所以要对其加以控制，以改善其稳定性和动态品质。汽轮发电机组气门开度控制对提高电力系统的稳定水平有着十分重要的意义，它不仅可以改善电力系统的大干扰稳定，还可改善小干扰稳定，抑制低频振荡等。而且，时滞和各种各样的不确定性是关联大系统普遍存在的现象。基于此，本文主要对非中间再热式汽轮发电机组成的时滞关联标称多机电力系统或者鲁棒多机电力系统的气门开度控制问题进行研究，具体工作如下:
　　1.研究了时滞无关鲁棒分散控制器的设计问题和系统状态不完全可测时，基于关联观测器的时滞无关分散控制器的设计问题。把非线性关联函数变换为子系统状态变量的二次有界不等式后，通过选取合适的Lyapunov-Krasovskii泛函，得到了使闭环系统或扩展闭环系统渐近稳定的LMI充分条件，并给出了各增益矩阵的求解算法。
　　2.研究了时滞相关鲁棒分散控制器的设计问题和系统状态不完全可测时，基于关联观测器的时滞相关分散控制器的设计问题。通过与原系统状态稳定性等效的状态变换，选取与常规求取时滞相关条件不同的Lyapunov-Krasovskii泛函，推导出两个使闭环系统渐近稳定和一个使扩展系统渐近稳定的LMI充分条件，并设计了各增益矩阵的求解算法，同时还得到了时滞上界。得到的这几个时滞相关LMI镇定条件比按常规方法得到的时滞相关镇定条件更简单，求解更方便。
　　3.研究了具有扇形饱和执行器时的时滞无关和时滞相关鲁棒分散控制器的设计问题。因为时滞和饱和两种非线性环节同时存在于同一个系统中时，对系统性能的影响一定更为严重，针对这一情况，通过选取合适的Lyapunov-Krasovskii泛函，得到了使闭环系统鲁棒渐近稳定的一个时滞无关和两个时滞相关LMI充分条件，并给出了各增益矩阵的求解算法。
　　4.研究了非中间再热式汽轮发电机组成的Lurie型时滞多机电力系统的气门开度的时滞无关和时滞相关鲁棒分散控制器的设计问题。分别考虑单个时滞时间和多个时滞时间时，推导出使闭环组合大系统鲁棒渐近稳定的两个时滞无关LMI充分条件，进一步通过与原系统状态稳定性等效的状态变换，并选取合适的Lyapunov-Krasovskii泛函，推导出使闭环组合大系统鲁棒渐近稳定的两个时滞相关LMI充分条件，并给出了各控制器增益矩阵的求解算法。
　　最后利用Matlab软件对两机无穷大母线系统进行仿真，从仿真结果可以看出，受控后各发电机状态轨线均能很快被镇定，比受控前的动态效果有了显著提高，控制效果十分明显。而且在考虑时滞相关镇定条件时，通过增加松弛变量，确实可以增大时滞上界。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 时滞多机电力系统的稳定性

1．4 多机电力系统气门开度控制动态模型

1．4．1 发电机转子运动方程

1．4．2 蒸汽调节系统动力学方程

1．4．3 多机电力系统气门开度控制系统的动态模型

1．4．4 多机电力系统气门开度控制系统的鲁棒模型

1．5 时滞多机电力系统气门开度控制研究存在的问题

1．6 基础知识

1．6．1 Lyapunov稳定性理论

1．6．2 引理

1．7 仿真用电力系统

1．8 本文的主要工作

第2章 多机电力系统气门开度的时滞无关分散控制

2．1 引言

2．2 多机电力系统气门开度的时滞无关鲁棒分散控制

2．2．1 主要结论

2．2．3 两机无穷大母线系统仿真

2．3 基于观测器的多机电力系统气门开度的时滞无关分散控制

2．3．1 主要结论

2．3．2 两机无穷大母线系统仿真

2．4 本章小结

第3章 多机电力系统气门开度的时滞相关分散控制

3．1 引言

3．2 多机电力系统气门开度的时滞相关鲁棒分散控制

3．2．1 主要结论

3．2．2 两机无穷大母线系统仿真

3．3 基于观测器的多机电力系统气门开度的时滞相关分散控制

3．3．1 主要结论

3．3．2 两机无穷大母线系统仿真

3．4 本章小结

第4章 时滞饱和多机电力系统气门开度的分散控制

4．1 引言

4．2 饱和多机电力系统气门开度的时滞无关鲁棒分散控制

4．2．1 主要结论

4．2．2 两机无穷大母线系统仿真

4．3 饱和多机电力系统气门开度的时滞相关鲁棒分散控制

4．3．1 主要结论

4．3．2 两机无穷大母线系统仿真

4．4 本章小结

第5章 Lurie型时滞多机电力系统气门开度的分散控制

5．1 引言

5．2 Lurie系统的时滞无关鲁棒镇定

5．3 Lurie系统的时滞相关鲁棒镇定

5．4 两机无穷大母线系统气门开度的时滞无关鲁棒分散控制仿真

5．5 两机无穷大母线系统气门开度的时滞相关分散控制仿真

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 全文结论

6．2 研究展望

参考文献

攻读学位期间的主要研究成果

已完成的学术论文与博士学位论文的关系

致谢