基于鲁棒H控制理论的同步发电机励磁控制器研究

摘要

电力系统运行的稳定性是电力系统安全运行的基本要求，发电机励磁控制则是提高电力系统稳定性最经济、最有效的技术手段之一。通过对发电机励磁施加适当的控制，可以改善电力系统在大、小扰动下的稳定性。传统的PID控制、PSS(电力系统稳定器)和LOEC(线性最优励磁控制)的设计是基于某一平衡状态下的近似线性化模型，因此它们只能处理小干扰情况下的稳定问题。而根据微分几何反馈线性化方法设计的非线性励磁控制器，虽然在改进大干扰稳定方面比线性控制方法优越，但其建模仍然是基于固定的结构和参数而未考虑不确定性。事实上，发电机励磁系统与其他工程控制系统一样，在运行中要受到或弱或强的外界干扰的影响；另一方面，所建模型的不确定性，设计所用控制对象参数的误差或控制器量测部件的误差等也将对系统形成广义的干扰，这些干扰难以用微分方程精确地描述。为解决电力系统中存在的不确定性因素的影响，各种鲁棒控制方法应运而生。如非线性L<,2>增益控制方法、鲁棒H<,∞>控制等。 本文主要研究基于鲁棒H<,∞>控制理论的同步发电机励磁控制器设计问题，并将所推导的励磁控制规律在单机无穷大电力系统中进行了仿真研究。主要研究内容包括： 线性多变量与PID结合的励磁控制研究 提出一种用于同步发电机新型励磁控制方法：PID+线性多变量反馈励磁控制器。针对单机无穷大系统运用微分几何精确反馈线性化理论进行了线性多变量励磁控制器的设计，并将线性多变量反馈励磁控制器和PID调节的输出进行综合。所设计方法简单，仿真表明该励磁控制器在提高电力系统稳定性以及稳定机端电压方面比线性多变量励磁控制器和常规PID控制器更有效。 同步发电机励磁系统非线性协调控制研究提出了一种新的非线性控制系统的设计方法，并将所推导的发电机非线性励磁协调控制规律在单机无穷大系统中进行了仿真研究，仿真结果表明运用非线性理论设计的励磁控制器在提高系统稳定性以及稳定机端电压方面比线性最优励磁控制器(LOEC)和常规PID控制器更有效。非线性鲁棒励磁控制研究针对电力系统的非线性特性和内外扰动的影响，结合微分几何精确反馈线性化和非线性鲁棒H<,∞>控制理论，提出了一种新的励磁控制器设计方法，由于励磁控制器设计过程中引入了机端电压反馈，所以设计的控制器与非线性励磁控制器及传统的PID控制器相比，在提高电力系统稳定性以及稳定机端电压方面有很好的控制效果，仿真结果验证了该方法的有效性。同步发电机励磁系统非线性鲁棒协调控制研究结合微分几何精确反馈线性化理论和线性鲁棒H<,∞>控制理论提出了一种新的励磁控制器的设计方法。由于坐标变换中不含有干扰，所以设计的控制器能更好的满足实际控制系统的条件；在励磁控制器的设计过程中引入了端压反馈，解决了由于负荷或调速变化而引起的机端电压偏离问题。仿真结果证实其有效性。

目录

文摘

英文文摘

论文独创性声明及论文使用授权声明

第一章 绪论

第二章 非线性系统的几何理论基础

第三章 线性系统鲁棒H∞设计原理

第四章 同步发电机励磁系统的功能、组成及其数学模型

第五章 线性多变量与PID结合的励磁控制研究

第六章 同步发电机励磁系统非线性协调控制研究

第七章 非线性鲁棒励磁控制研究

第八章 同步发电机励磁系统非线性鲁棒协调控制研究

第九章 结论与展望

致谢

参考文献

附录攻读硕士学位期间发表的论文