同步发电机的非线性鲁棒电压控制

提出了一种同步发电机非线性鲁棒电压控制器设计方法,解决了目前多数非线性励磁控制方法依赖于系统的特定运行点并且难以考虑电压调节精度的局限。针对发电机经变压器接入电力系统的数学模型,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,进而采用基于LMI的鲁棒控制理论设计出非线性电压控制器。与现有的非线性励磁控制器相比,所提出的电压控制器不依赖于系统的特定运行点,能适应网络参数与运行方式变化,实现机端电压调节功能。控制器对模型干扰有强鲁棒性,无须针对单机无穷大系统和多机电力系统分别设计。此外,控制器无须测量发电机转子角及任何变量的微分与积分。利用PSCAD/EMTDC对某单机无穷大系统及WSCC四机系统分别测试,仿真结果验证了控制器的良好性能。     

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。     

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。     

改善机端电压的非线性励磁控制

为了提高发电机励磁控制器的控制效果,提出了一种将基于机端电压偏差的比例积分控制和基于微分几何理论的非线性励磁控制相结合的改善机端电压的非线性励磁控制器设计方法。为验证方法的有效性,用MATLAB进行仿真试验。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、功角的稳定,而且能改善机端电压的精度和稳定度。     

非线性输出反馈控制的理论改进及其在电力系统励磁控制中的应用

介绍一种新的适用于一般结构非线性多输入多输出系统的输出反馈控制理论,提出该理论的一种改进形式,从而扩展其应用范围,并进而应用于电力系统励磁控制.针对单机无穷大系统,采用角速度、机端电压及电流为反馈信号,首次推导出系统的可观域,并基于上述改进理论设计一种新的非线性输出反馈励磁控制器.该控制器不需要转子角信号,从而比一般的非线性状态反馈励磁控制器实践性强.最后利用PSCAD/EMTDC对该控制器进行暂态仿真,以验证其对电力系统扰动的抑制效果.     

基于输出反馈的同步发电机非线性鲁棒励磁控制

对一种适用于一般结构多输入多输出非线性系统的鲁棒输出反馈控制理论进行改进,扩展了其应用范围。针对单机无穷大系统,以发电机的角速度、机端电压及有功功率作为输出反馈信号,建立系统的可观测映射,推导出可观测域,并基于改进理论设计出非线性鲁棒输出反馈励磁控制器。该控制器无需测量发电机的转子角与暂态电势,实施方式简单。仿真结果表明该控制器对扰动有很好的抑制效果。     

基于预测函数与线性多变量反馈控制的同步发电机励磁控制

基于预测函数设计了励磁控制器对发电机端电压进行控制。同时设计一种以发电机功角偏差、角速度偏差以及有功功率偏差的线性组合作为控制目标的线性多变量励磁控制器。将2种励磁控制器进行结合,以实现预测函数和线性多变量并行励磁控制,在有效提高电力系统稳定性的前提下还能解决发电机端电压的稳定问题。最后通过MATLAB／Simulink仿真证明了改进后的励磁控制器的有效性。     

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。     

基于目标状态方程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：定义系统的状态变量与其参考轨迹之间的偏差为目标状态方程,并以此状态方程为基础,运用预测控制理论,针对单机无穷大系统进行非线性预测控制设计,得到了一种以机端电压、有功功率和角速度为反馈变量的非线性预测励磁控制规律.该控制规律包含了跟踪误差的未来信息,以便提高跟踪速度和改善控制效果.仿真结果表明：该方法不仅能有效地解决发电机机端电压静态偏移问题,而且能很好地镇定发电机的机械振荡,比以功角偏差为输出函数和以机端电压偏差为输出函数的非线性微分几何控制法更有效、更易于实现.     

自适应逆推励磁控制器设计

发电机的阻尼系数通常难以准确测量,使得电力系统是一个典型的参数不确定非线性系统.通过对含励磁控制的单机无穷大电力系统的精确反馈线性化,利用逆推控制与自适应机制相结合设计了逆推自适应励磁控制器.其所含的自适应增益控制可以对未知参数进行实时的估计,该控制器能使参数不确定的电力系统保持在Lyapunov意义下的渐近稳定.仿真结果表明,该控制器能有效地稳定电力系统,维持机端电压.     

Nonlinear excitation control of a synchronous generator with implicit terminal voltage regulation

The objective of this paper is to design nonlinear excitation controllers for single-machine infinite-bus power systems. Because of the nonlinear nature of such systems, nonlinear controllers are more effective in providing larger stability margins than their linear counterparts. To take advantage of well-developed linear control techniques, the concept of feedback linearization is used. A characterization of the region over which the linearizing state transformation is guaranteed to be diffeomorphic is provided. Also, a new formulation for the linear controller design is provided to solve the problem of the terminal voltage regulation. Simulation results of a single-machine infinite-bus power system indicate that in the presence of major disturbances the proposed controller outperforms existing linear and nonlinear controllers in maintaining the system's stability, in damping the rotor angle oscillations, and in reaching the desired performance during postfault operations.     

Simultaneously tuning decentralized nonlinear optimal excitation controllers in multimachine power systems

This paper proposes an approach to simultaneously designing multiple decentralized nonlinear optimal excitation controllers to achieve rotor angle stability improvement and good trade-off between voltage regulation and oscillation damping in multimachine power systems. The approach includes: (1) building a novel state-space mathematical model based on nonlinear feedback compensation, (2) properly formulating the control problem and (3) developing a more quick and accurate algorithm to solve the problem. Case studies are fulfilled in a two-area four-machine power system to verify the effectiveness of the approach. Digital simulation results show that the controllers designed with the proposed method gain much priority over traditional AVR/PSS in damping power oscillation, improving voltage regulation and enhancing transfer capability.     

SVC 与发电机励磁协调非线性控制

用直接反馈线性化方法设计ＳＶＣ与发电机励磁协调非线性控制器。所设计的控制器能实现当地信号控制,并对系统运行点和网络结构的变化具有很强的鲁棒性。数字仿真验证了该控制器的优越性。     

异步化同步发电机转子励磁的模糊PID控制

异步化同步发电机运行控制的关键是转子励磁的控制,该文论述了异步化同步发电机定子磁场定向控制的原理,讨论了定子磁场定位和转子位置的确定方法,转子励磁采用易在DSP中实现的模糊PID控制,并研制了DSP转子励磁控制装置,进行了异步化同步发电机转子励磁模糊PID控制的试验研究。试验结果表明,异步化同步发电机采用模糊PID控制策略是有效的,不但能够实现有功功率和无功功率的独立控制,而且具有良好的静态调节特性和动态特性。     

汽轮发电机励磁与汽门协调无源性控制

论文利用协调无源性方法，对汽轮同步发电机系统进行励磁控制和汽门调节，达到功角和输出电压的稳定性．文中采用四阶双输入模型，由backstepping方法得到汽门控制输入，再用协调无源性设计励磁控制部分，使得整个系统达到反馈无源，保证了系统的渐近稳定性。由于在控制器的设计中，未用到任何线性化方法，因而所得控制器充分利用了系统的非线性特性。通过仿真，证实了设计思想的正确性与控制方法的有效性。     

考虑信息结构约束的协调型非线性优化励磁控制

提出了一种在互联电力系统中考虑信息结构约束条件下协调设计非线性优化励磁控制的方法。基于控制信息结构概念和线性二次型性能指标，将控制设计问题转化为求解扩展Levine—Athans方程组，采用直接迭代算法，可快速、精确地求出增益矩阵，进而得到机组端电压、角频率和功率偏差反馈的非线性优化励磁控制。将该方法应用于一个两区域四机电力系统，数字仿真结果表明：得到的控制策略较传统的AVR／PSS增强了系统的人工阻尼、暂态稳定性和区间传输能力。     

基于自适应转子电阻估计器的感应电机逆解耦控制

提出了一种具有自适应转子电阻估计器的感应电机的逆解耦控制方法.首先通过非线性状态反馈获得感应电机的逆系统,将感应电机这个多变量、非线性、强耦合的对象动态解耦成转速与转子磁链两个二阶子系统;然后,采用模型参考自适应系统（MRAS）理论来设计转子电阻估计器,在线估计时变的转子电阻,从而保证在整个电机运行区域内,转速与磁链之间的输入输出解耦关系不变;最后,分别设计线性控制器对转速与磁链子系统进行闭环控制.仿真结果表明,提出的控制方案具有优良的动态和静态性能,且对电机参数变化具有强鲁棒性.     

励磁控制器的抗饱和鲁棒控制研究

发电机励磁控制中,控制器的超调会使调节系统进入强非线性区,影响控制性能.鲁棒控制分析表明,在强干扰下,控制器性能指标越好,越容易进入超调状态.为此,采用增益矩阵反馈抗饱和理论,设计包含抗饱和补偿环节励磁控制器.通过线性矩阵不等式求解,得到满足限幅约束的可行解,从而得到补偿环节的增益矩阵.当控制器过调时,补偿环节会加以修正.仿真分析表明,在大扰动下,附加抗饱和环节的励磁控制器能有效地抑制控制器超调,提高发电机稳定控制能力.     

感应电动机定子磁链与转矩解耦自适应控制

基于非线性状态变换和状态反馈，提出了感应电动机定子磁链和转矩的精确解耦控制策略。并针对电动机运行过程中定子和转子电阻值随温度升高而发生变化，提出了自适应解耦控制律，确保了电阻估计误差的收敛以及定子磁链和转矩对各自参考值的渐近跟踪。通过理论分析证明了自适应反馈控制的收敛性和整个闭环系统的稳定性，最后数字仿真验证了系统的控制性能。