同步发电机励磁与超级电容器多目标协调控制

摘要

提高电力系统稳定性一直是电力系统的研究热点，尤其是一些新型电力电子元器件（如柔性交流输电设备等）的引入，给电力系统稳定性研究注入了新的活力。超级电容器作为新型电力储能元件，可向电网提供有功功率和无功功率支持，改善电力系统的稳定性和电能质量。与早期受到普遍关注的超导磁储能装置相比，超级电容器结构和控制相对简单，且造价更为便宜。
　　同步发电机是电力系统的重要电源设备，其稳定性关系到整个电网的稳定性，因此同步发电机的稳定运行至关重要。考虑到超级电容器的有功和无功功率支持作用，本文研究同步发电机励磁与超级电容器储能装置的协调控制问题，主要讨论超级电容器对同步发电机运行性能的影响。具体内容如下:
　　首先，介绍了课题的研究背景和储能技术的应用现状。特别地，讨论了超级电容器储能装置的研究状况。
　　其次，阐述了非线性控制基本概念，包括李导数、关系度等。尤其为了第四章研究同步发电机励磁与超级电容器协调控制讨论了目标全息反馈非线性控制设计方法的原理。此外，还介绍了同步发电机励磁系统数学模型和超级电容器数学模型。
　　再者，针对同步发电机励磁与超级电容器协调控制问题，进行非线性协调控制设计。以发电机机端电压、有功功率输出、角速度以及超级电容器储能装置接入点电压等为控制目标，建立控制目标方程组。运用目标全息反馈非线性控制设计方法，确保各控制目标在非线性反馈中得到有效惩罚，从而提出发电机励磁与超级电容器协调控制方案，确保非线性系统输出量的动、静态性能。
　　最后，运用MATLAB软件中的Simulink仿真工具，搭建仿真平台。在发电机机端电压调节扰动、机械功率输入扰动和三相短路故障条件下，进行仿真分析。仿真结果表明:与线性最优控制方法相比，本文所提出的方法能够更好地抑制系统振荡，使得发电机机端电压和超级电容器接入点电压维持在期望状态。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 储能技术应用现状

1．2．1 抽水蓄能技术

1．2．2 飞轮储能

1．2．3 蓄电池储能

1．2．4 超导磁储能装置

1．2．5 超级电容器储能装置

1．3 超级电容器储能研究现状

1．4 非线性控制研究现状

1．5 论文主要内容及章节安排

第2章 目标全息反馈非线性控制原理

2．1 引言

2．2 非线性控制系统

2．2．1 仿射非线性系统

2．2．2 二次性能指标

2．3 非线性控制基本概念

2．3．1 矢量场及其导出映射

2．3．2 李(Lie)导数及其李(Lie)括号

2．3．3 关系度

2．4 目标全息反馈非线性控制原理

2．4．1 多目标方程

2．4．2 目标全息反馈法原理

2．5 本章小结

第3章 同步发电机励磁控制系统与超级电容器模型

3．1 引言

3．2 同步发电机励磁控制系统

3．2．1 同步发电机自动调节励磁系统原理

3．2．2 同步发电机转子运动方程

3：2．3 同步发电机输出电磁功率方程式

3．2．4 同步发电机励磁绕组电磁动态方程

3．2．5 同步发电机励磁控制系统数学模型

3．3 超级电容器储能系统结构

3．4 并联串联或混联超级电容器储能装置的特点

3．5 超级电容器储能装置的数学模型

3．6 本章小结

第4章 同步发电机励磁与超级电容器多目标协调控制

4．1 引言

4．2 同步发电机励磁与SCES多目标协调控制

4．3 多目标方程组

4．4 多目标非线性协调控制

4．5 数字仿真

4．5．1 仿真系统参数

4．5．2 仿真分析与讨论

4．5．3 结论

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文