一种基于MAC的非线性预测励磁控制器的设计

提出了一种新的非线性系统控制设计方法。通过运用预测控制理论中的模型算法控制(MAC)的设计原理,同时引入机端电压偏差积分项,针对单机无穷大系统进行非线性预测控制设计,得到了一种基于模型算法控制的非线性预测励磁控制器。仿真结果表明:这种设计方法不仅能够有效解决由于原动机阶跃输入扰动带来的发电机机端电压偏差问题,而且改善了功角稳定性和发电机机端电压的动态特性。     

一种基于MAC的非线性预测励磁控制器的设计

提出了一种新的非线性系统控制设计方法.通过运用预测控制理论中的模型算法控制(MAC)的设计原理,同时引入机端电压偏差积分项,针对单机无穷大系统进行非线性预测控制设计,得到了一种基于模型算法控制的非线性预测励磁控制器.仿真结果表明:这种设计方法不仅能够有效解决由于原动机阶跃输入扰动带来的发电机机端电压偏差问题,而且改善了功角稳定性和发电机机端电压的动态特性.     

基于微分几何和扩张状态观测器的励磁控制

建立了单机无穷大系统的励磁控制数学模型,提出一种基于微分几何和扩张状态观测器的非线性变结构励磁控制。首先根据微分几何理论对系统的状态方程进行坐标变换,然后构造状态扩张观测器(ESO)来实现非线性模型动态补偿线性化,利用变结构理论设计虚拟控制量,并引入了基于机端电压偏差的比例积分控制,从而实现非线性励磁控制规律的设计。仿真结果表明,所设计的非线性励磁控制器在小扰动和大扰动情况下,不仅能较好地保证发电机角速度和功角的稳定,改善机端电压的调节精度,而且鲁棒性较好。     

同步发电机非线性协同励磁控制器设计

针对同步发电机的非线性和运行状态的多变性,为提高其机端电压的可调性同时保证系统的稳定性,基于协同控制理论设计了一种同步发电机非线性励磁控制器。在同步发电机数学模型的基础上以转子角速度、有功功率和机端电压偏差的线性组合构成流形,得到了非线性协同励磁控制器的控制律。基于DSP设计了一种同步发电机励磁控制系统,详细介绍了系统的硬件结构和软件设计方法。以4机2区域系统为例进行了仿真实验。仿真结果表明:所述非线性协同励磁控制器不但可以维持机端电压恒定,而且可保证功角稳定,具有较强的鲁棒性,有助于提高电力系统的稳定性。该控制器能够兼顾机端电压调节和稳定控制,在很大程度上提高了系统励磁控制器性能。     

带电压反馈的非线性最优励磁控制器设计

传统非线性控制器对系统暂态时的角频率和功角的稳定具有显著效果,但对机端电压的控制却并不理想。为解决这一问题,将状态反馈精确线性化理论和最优控制理论相结合设计了一种非线性最优励磁控制器,并在控制中引入电压反馈,即将具有良好机端电压控制效果的基于电压偏差的PID控制和非线性最优控制相结合设计了一种新型励磁控制器。通过使用Matlab对算例进行仿真,验证了该控制器在小扰动和大扰动情况下不仅能够保证角频率、功角的稳定,还能很好地稳定机端电压,明显改善了传统控制器在机端电压控制方面的缺陷。     

采用协同控制理论的同步发电机非线性励磁控制

提出了一种基于协同控制理论的非线性励磁控制器。首先依据同步发电机励磁控制的基本要求和特点,选择机端电压、有功功率和转子角速度三个变量的偏差的线性组合构成流形,以保证有效控制机端电压和抑制系统功率振荡。然后以同步发电机非线性模型为对象,推导出了非线性协同励磁控制器（Synergetic excitation controller,SEC）的控制律,并根据电力系统的运行特性,探讨了控制器参数的选取原则。最后,单机无穷大系统仿真结果表明,无论在大扰动还是在小扰动下,所提非线性协同励磁控制器比常规的AVR+PSS方式下的励磁控制器都能更快更精确地调节机端电压,还能够有效地抑制系统的功率振荡。     

带电压反馈的非线性最优励磁控制器设计

传统非线性控制器对系统暂态时的角频率和功角的稳定具有显著效果,但对机端电压的控制却并不理想.为解决这一问题,将状态反馈精确线性化理论和最优控制理论相结合设计了一种非线性最优励磁控制器,并在控制中引入电压反馈,即将具有良好机端电压控制效果的基于电压偏差的PID控制和非线性最优控制相结合设计了一种新型励磁控制器.通过使用Matlab对算例进行仿真,验证了该控制器在小扰动和大扰动情况下不仅能够保证角频率、功角的稳定,还能很好地稳定机端电压,明显改善了传统控制器在机端电压控制方面的缺陷.     

同步发电机可拓励磁控制器

为了克服传统励磁控制方法的缺点,依据可拓学理论,设计了同步发电机励磁控制器.控制器以参考电压与发电机机端电压的偏差及其微分作为特征量,根据电力系统的实际情况确定特征量的经典域和可拓域,经过关联度计算、测度模式识别,确定所采用的控制策略.应用MATLAB/Simulink软件建立了基于同步发电机三阶非线性数学描述的单机无穷大电力系统仿真模型,可拓控制器用MATLAB之S函数编程实现.与常规PID励磁控制器的仿真比较结果,验证了可拓励磁控制器对于改善电力系统小扰动稳定性和大扰动稳定性的有效性.     

采用输出反馈方式的电力系统非线性励磁控制

现有的电力系统非线性励磁控制器多基于状态反馈设计,需要测量同步发电机的转子角和部分变量的微分,并且控制器以发电机相对转子角驱至参考值为控制目标,在系统的网络参数或运行方式变化时无法维持机端电压恒定。采用输出反馈的方式提出一种新的非线性励磁控制器设计方法。分别针对单机无穷大系统及多机系统,对系统的非线性数学模型提出了新的变换方法,将其转换为以机端电压偏差、角速度偏差和有功功率偏差为状态变量的不确定线性系统,进而应用一种基于线性矩阵不等式（linear matrix inequality,LMI）的鲁棒控制理论设计出控制器。该控制器不需要测量发电机转子角及任何变量的微分,不依赖于电力系统某个特定运行点,能适应系统网络参数与运行方式变化,较好地抑制扰动并实现机端电压调节功能。仿真结果验证了所得结论。     

同步发电机的双重学习励磁控制

针对以往文献中的迭代学习励磁控制器都是基于单一目标而设计的,存在不能同时完成多个任务的缺陷,提出了双重学习励磁控制方案,以解决同步发电机励磁控制系统的多目标控制问题。该方案将迭代学习的机端电压补偿和角速度补偿结合起来,并分别与两种基于单一目标而设计的迭代学习励磁控制器作了对比研究,仿真结果表明,所设计励磁控制器不仅能很好地解决发电机机端电压的控制精度问题,而且有效地改善了系统的功角稳定性。     

一种高性能的非线性励磁控制

考虑到在基于微分几何的非线性控制中，输出函数的选取会直接影响到变换后的线性空间的构成，从而影响到控制器的最终控制效果这一事实，该文提出了通过将输出函数选取为多状态变量组合形式的简便方法来解决非线性控制系统的动、静态性能的综合协调问题，从而有效地提高控制系统的整体综合性能；将此方法用于发电机的非线性励磁控制系统中，成功地找到了一种具有较高控制性能的非线性励磁控制律。仿真结果显示，该控制律既能很好地提高发电机端电压控制精度，又能有效地提高发电机组的运行稳定性，并表明所提出的控制器能有效地协调系统中各状态量的动、静态性能，具有较好的工业运用价值。     

基于Adams多步法预测的励磁控制器的设计

本文介绍了一种新的励磁非线性控制器设计方法,该方法使用预测控制理论以单机无穷大系统励磁控制为对象,以功角、角速度和有功功率作为变量,以发电机转子角速度为输出函数,用Adams四阶预测法展开输出函数,幵迚行在线滚动优化,最后得到了预测励磁控制规律。仿真结果表明,该方法与泰勒级数方法比较,既能改善发电机的机械稳定性,又能改善发电机端电压的动态特性,具有较高的控制品质。     

发电机励磁的非线性解析模糊控制

该文引入非线性函数建立了一种新的解析模糊控制器用于发电机的电压控制，并引入变结构控制的思想来进行附加励磁控制，建立了一种发电机模糊励磁控制器结构。并兼顾电压调节精度和增强阻尼要求进行电压控制与稳定控制的协调。对所论非线性解析模糊控制器的动态特性分析表明所论控制器为一本质非线性PID控制器。在控制过程中，所论模糊控制器的规则基于误差和误差变化率的大小在线调整。因而具有规则自适应的特性。实际使用时。无需进行控制规则的设计，只需根据工程控制经验对控制参数进行初选，简化了控制设计。仿真研究表明：所论模糊励磁控制器可以提高发电机的电压控制精度和电力系统的稳定性。     

非线性励磁控制中输出函数对系统性能的影响

发现在进行非线性系统的非线性控制设计时，状态方程中输出函数的选取对线性化以后系统状态方程的形式有很大的影响，进而影响到所设计的控制器性能。在此研究结果的基础上，改进了电力系统非线性控制器的设计方法，可以在统一的非线性控制设计框架下同时对多个状态量的性能指标提出要求，兼顾受控系统多个状态量的响应特性，使系统的动态性能和静态性能能够很好地协调，实现高性能的非线性控制。将改进的设计方法应用于发电机组的励磁控制，采用逆系统非线性控制原理设计了一种具有综合性能指标的非线性励磁控制规律。将所设计的多指标非线性励磁控制律用于单机无穷大电力系统的同步发电机组中进行仿真实验，其结果表明所提出的控制器不仅能明显地提高发电机的动态稳定性，而立能准确地将发电机的端电压控制在其给定值上运行，不会因受扰而发生偏移。     

非线性励磁控制方法的研究

根据发电机励磁控制的任务,提出了一种简便的非线性励磁控制策略的设计方法。应用该方法设计的非线性励磁控制器不仅可以有效地改进电力系统的稳定性,还可以满足电压调节的要求,并通过仿真实验验证了该设计方法的正确性。     

多机系统励磁与SSSC的非线性鲁棒协调控制

针对多机电力系统中,发电机励磁和静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC)的协调控制问题,引入广义Hamilton系统理论,进行非线性协调控制器设计。SSSC采用考虑内部动态的三阶模型,并将SSSC与各台发电机的相互作用用附加电磁功率表示。将包含发电机励磁和SSSC的多机电力系统描述成广义耗散Hamilton系统形式,利用边界函数法和L2干扰抑制控制方法设计了发电机励磁和SSSC的协调控制器。四机两区域系统的仿真结果表明:与传统的分散控制器相比,所提的非线性协调控制器能够有效地提高系统的暂态稳定性和电压调节性能。     

MICROPROCESSOR BASED NONLINEAR EXCITATION CONTROLLER FOR SYNCHRONOUS MACHINES

ABSTRACT

The synchronous machines in power systems have the excitation systems of field winding to improve the transient stability of power systems. The synchronous machines are nonlinear systems, however, the excitation systems have been designed based on linearized systems, because the stability analysis of nonlinear systems is difficult and the generalized control method of nonlinear systems has not been developed yet.

This paper proposes a nonlinear excitation controller for synchronous machines in power systems. For the sake of simplification of the nonlinear state feedback control, this paper considers both the transient stability and the suppression of the rotor swings in transient conditions. The effect of the automatic voltage regulator (AVR) for the synchronous generator is not discussed here. This controller is designed based on Lyapunov's direct method that can directly judge the stability of nonlinear systems. The usefulness and validity of the proposed excitation controller are confirmed by numerical simulations and experiments. The microprocessor based generator excitation system that consists of a nonlinear controller, state variable detector, and PWM inverter, is constructed. The nonlinear excitation controller can improve the transient stability of synchronous machines.     

基于目标全息反馈的STATCOM与发电机励磁协调控制研究

针对含有静止同步无功补偿器的发电机励磁系统,采用目标全息反馈法（Nonlinear Control designmethod with Objective Holographic Feedbacks,NCOHF）推导该系统的协调控制规律,使各控制目标均在给定性能指标中得以约束,以获得良好的系统性能.分别选定机端电压偏差、STATCOM的有功电流偏差以及无功电流偏差为控制目标,设计NCOHF协调控制器,并采用极点配置法整定控制器中的k参数.仿真结果表明：在该控制器作用下,发电机具有良好的输出特性,既能有效消除机端电压偏差,又能精准追踪电磁功率给定值;同时合理分配STATCOM的无功功率,提高电力系统的稳定性.因此,该协调控制器能很好地兼顾各控制目标的动、静态性能,并具有良好的应用价值.     

Integrated PLC-fuzzy PID Simulink implemented AVR system

Improving the transient response of power generation systems using automation control in a precise manner is the key issue. We design a fuzzy proportional integral derivative (PID) controller using Matlab and programmable logic controllers (PLCs) for a set point voltage control problem in the automatic voltage regulator (AVR) system. The controller objective is to maintain the terminal voltage all the time under any loads and operational conditions by attaining to the desired range via the regulation of the generator exciter voltage. The main voltage control system uses PLCs to implement the AVR action. The proposed fuzzy controller combines the genetic algorithm (GA), radial-basis function network (RBF-NN) identification and fuzzy logic control to determine the optimal PID controller parameters in AVR system. The RBF tuning for various operating conditions is further employed to develop the rule base of the Sugeno fuzzy system. The fuzzy PID controller (GNFPID) is further designed to transfer in PLCs (STEP 75.5) for implementing the AVR system with improved system response. An inherent interaction between two generator terminal voltage control and excitation current is revealed. The GNFPID controller configures the control signal based on interaction and there by reduces the voltage error and the oscillation in the terminal voltage control process. We achieve an excellent voltage control performance by testing the proposed fuzzy PID controller on a practical AVR system in synchronous generator for improve the transient response.