STATCOM与发电机励磁鲁棒非线性协调控制稳定性研究

摘要

现代电力系统的发展趋势是形成互联的动态复杂网络的大系统，以多重参数、大机组、大电厂、大电网、高电压、远距离以及高度自动化为特征，形成一个强非线性、多维、动态的复杂大系统。而且随着电力系统的不断发展，输电容量的增加及自动化程度的提高，为使得发电、输电更经济、更高效的同时也给电力系统的稳定性和安全运行带来了新的挑战。国内外电力科技界的专家学者就如何保证和提高电力系统的安全稳定性问题进行了深入广泛研究，并在电力系统的稳定理论研究和新设备研制等方面取得了丰富的成果。 电力科研人员借助控制理论的发展、电力电子技术的进步和计算机运算速度的提升，将越来越多的新技术、新设备和新策略应用到电力系统的运行控制中。灵活交流输电技术(Flexible AC Transmission System, FACTS)就是目前被广泛研究和应用的一种技术，它可以有效地提高系统输电容量，增强系统稳定性，改善电能质量，但同时也增加了系统的复杂程度和控制难度。本文就如何提高电力系统的暂态稳定控制，对多机系统的FACTS装置自适应控制器和发电机励磁鲁棒非线性协调控制，以及微分代数系统的鲁棒励磁控制等方面进行了研究。 现将主要研究成果归纳如下： 本文简化了原有静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)和发电机励磁的微分代数结构模型，提出一种更易于控制器设计的新模型，利用非线性控制方法，结合电力系统的特点，提出了STATCOM和发电机励磁协调控制设计策略，整个系统达到系统功角和电压双重稳定的效果；深入考虑到模型的不确定因素，将多输入多输出精确反馈线性化方法和鲁棒控制相结合，提出了STATCOM和发电机励磁鲁棒非线性协调控制器设计策略。 将直接反馈线性化、Lyapunov稳定性理论和参数自适应控制方法相结合，设计多机电力系统中的静止同步串联补偿器(Static Synchronous Series Compensator)自适应控制器。电力系统中一般都存在着系统参数的不确定性问题，而系统实际运行状态往往和系统参数相关，这使得电力系统的稳定性有所降低，同时也加大了系统稳定控制的难度。利用参数自适应控制方法，可实现系统目标跟踪及稳定控制。 考虑到大多数电力系统模型是采用非线性微分代数方程形式描述的，并且实际系统的模型都存在着不同程度的不确定因素，本文将鲁棒控制系统理论与微分代数系统的反馈线性化方法相结合，提出了微分代数系统的鲁棒控制理论的定义和定理。最后将该理论实际应用到具有动态负荷的单机无穷大系统，提出了电力系统微分代数鲁棒励磁控制器的设计策略。