含静止无功补偿器的电力系统非线性协调滑模控制研究

摘要

随着电力电子技术、微处理技术和控制技术的发展，柔性交流输电系统(FACTS)的出现，为提高电力系统传输容量和改善电力系统稳定性提供了新的控制方法或手段。静止无功补偿器(SVC)作为FACTS家族的成员之一，在提高电力系统传输容量和改善电力系统稳定性方面已取得可喜的成绩。 近年来，越来越多的FACTS控制器被加入电力系统来实现电力系统性能的改善。同时，这些控制器也增加了电力系统的复杂性、不确定性。另外FACTS控制器与励磁控制系统、FACTS控制器与汽门控制系统、FACTS控制器与FACTS控制器等这些控制行为之间的相互影响和协调作用也变得更加明显。所以，对这些控制器与系统本身构成的一个典型多输入非线性动态系统，必须采取快速、可靠、鲁棒性强的先进协调控制方法，以确保系统能安全稳定运行。因此，本文主要研究了含静止无功补偿器电力系统的非线性协调滑模控制的有关问题，其主要内容有： 一、概要总结FACTS技术，特别地介绍了静止无功补偿器(SVC)的基本结构和原理；深入分析静止无功补偿器在电力系统中作用或功能；详细地阐述了静止无功补偿怎样提高电力系统稳态输送能力、改善暂态稳定、增强系统阻尼、缓解系统的次同步振荡、预防或控制电压的波动、优化直流输电系统的性能等。 二、介绍了微分几何理论的基本概念，以及分别分析了单输入单输出、多输入多输出系统的精确线性化的条件、线性化的过程；介绍了变结构控制的基本概念和原理，以及其控制器的设计过程和方法；最后再总结分析了变结构控制抖动原因和减弱抖动的方法等。 三、首先分析具有静止无功补偿器(SVC)的单机无穷大系统的数学模型，并利用微分几何理论进行精确线性化，得出了伪线性系统模型；再采用具有饱和函数的准滑模控制方法设计了SVC和励磁的协调控制器；最后对设计的控制系统进行了MATLAB仿真试验，并与非线性最优控制方法进行了比较。 四、考虑SVC、汽门与励磁的单机无穷大系统数学模型，对此系统模型能否精确线性化进行了论证；并进一步精确线性化，得出三输入三输出的伪线性系统；然后，把伪线性系统划分为三个子线性系统，第一个子系统采用了具有李雅普诺夫直接法的滑模控制设计，另外两个采用了线性极点配置法的滑模控制器设计；最后，对设计的SVC、汽门与励磁的协调滑模控制器进行了仿真研究，并与常规线性控制、非线性最优控制分别进行了比较，取得了较好的控制效果。 五、建立了可控串联补偿器(TCSC)、SVC、汽门与励磁的单机无穷大系统数学模型，并对数学模型进行了精确线性化，得出了伪线性系统；然后对四输入四输出伪线性系统采用了最终滑动模态的控制方法设计了系统协调控制器；最后对设计的控制系统进行了仿真研究，验证了TCSC和SVC对电力系统稳定性的改善。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题的背景和意义

1.2非线性方法在电力系统中的应用

1.2.1、Lyapunov直接法

1.2.2、映射线性化方法

1.2.3、变结构控制方法

1.2.4、自适应控制

1.3本课题研究的主要内容

第二章静止无功补偿器及其功能

2.1 FACTS技术

2.2静止无功补偿器(SVC)

2.2.1 SVC的基本结构和原理

2.3 SVC在电力系统中的主要功能

2.3.1、提高稳态输送容量

2.3.2、提高暂态稳定性

2.3.3、增强电力系统的阻尼抑制抵频振荡

2.3.4、SVC缓解次同步谐振（SSR）

2.3.5、预防电压不稳定或控制电压的波动

2.3.6、改善直流输电系统的性能

第三章非线性系统理论

3.1微分几何方法

3.1.1李导数和李括号

3.1.3弗罗贝尼斯定理

3.1.2非线性系统的精确线性化

3.2滑模控制

3.2.1滑模控制的基本问题

3.2.2滑模控制的设计

3.2.3滑模控制的抖动问题

第四章SVC与励磁的非线性滑模协调控制的研究

4.1数学模型

4.2精确线性化设计

4.3滑模控制器的设计

4.3.1、滑模参数的确定

4.3.2、递阶控制算法的设计

4.4仿真分析

第五章基于李雅普诺夫直接法的SVC、励磁与汽门非线性协调滑模控制的研究

5.1数学模型

5.2精确线性化设计

5.3基于李雅普诺直接法的滑模控制器设计

5.4仿真分析

第六章 FACTS与汽轮发电机励磁、汽门多指标非线性滑模协调控制的研究

6.1 FACTS和汽轮机发电机的数学模型

6.2系统输出反馈线性化设计

6.3滑模控制器的设计

6.4、仿真分析

第七章结论

7.1本文取得主要研究成果与结论

7.2需要进一步研究的问题

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文