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1、2001年2月10日Feb.10,20011非线性控制理论在电力系统中应用综述吴青华,蒋林(Liverpool大学,英国)摘要:综述了非线性控制方法在电力系统中的应用。分别对基于微分几何理论的反馈线性化方法(包括输入对状态反馈线性化和输入输出反馈线性化方法)、直接反馈线性化方法、非线性变结构控制和基于Lyapunov综合方法等几种主要方法在电力系统非线性控制中的应用加以讨论。最后指出了仍然存在的技术难题,展望了有价值的研究方向。关键词:非线性控制;电力系统;综述中图分类号:TM712;O23112
2、0引言FACTS)的引入,电力系统有了更多的控制资源和手段。另一方面,电力系统中的控制装置往往要求满现代电力系统的规模和复杂程度正在显著地增足多个控制目标。为了有效地利用系统的控制资源,加。同时,考虑到经济运行和环境限制,对电力系统提高对电力系统振荡稳定、潮流分布、紧急事故及经功率传输水平的要求也愈来愈高。随着以大机组、超济运行的控制能力,有必要采用先进的控制原理来高压电网为特点的大规模电力系统的迅速发展,改设计高效的控制器。其中,非线性控制就是一种得到善系统运行的安全稳定性成为日趋重要和紧迫的研
3、[1,2]了广泛研究且有效的方法。本文的电力系统非线究课题。在这种情况下,为保证系统安全、稳定和经性控制,指的是直接使用电力系统的非线性模型,而济运行,有效的方式是采取适当的控制手段。电力系不是使用系统在某个运行点的近似线性化模型,进统是一个典型的非线性系统,然而,当前大部分控制行控制器的设计。装置都是基于非线性电力系统某个运行点的线性化近20年来,非线性系统控制理论在电力系统的模型而设计的线性控制器。例如,广泛应用的线性电应用得到了大量的研究。按方法主要分为:基于微分力系统稳定器(PSS),通过
4、励磁环节提供附加阻尼几何理论的反馈线性化方法、直接反馈线性化方法、从而提高系统的动态稳定;基于线性最优控制理论基于Lyapunov稳定性理论的控制方法、非线性变设计的最优励磁控制器,主要通过改进系统的特征结构控制(滑动模态控制)方法和非线性自适应控制值以增进系统的稳定度等。理论上,在非线性电力系等。其他非线性控制理论,如非线性控制的逆系统方统中应用这一类线性控制器可以保证非线性系统在法等本文没有介绍。该运行点附近的小范围内的渐近稳定性。因此,这一类方法适合于研究电力系统的动态稳定问题。此时1反馈线
5、性化方法的控制目标是:对系统在小扰动情况下引起的振荡反馈线性化方法是非线性系统控制理论的一种提供足够的阻尼。有效方法,包括基于微分几何理论的输入对状态反由于电力系统具有高度非线性,当系统的运行馈线性化、输入输出线性化、直接反馈线性化(DFL)点改变时(如负荷大幅度波动或发生严重的故障方法和逆系统方法等。在电力系统的非线性控制中,时),系统的动态特性会显著改变。此时,线性控制器对基于微分几何理论的反馈线性方法的研究和应用往往不能满足系统稳定性的要求,除非采取切机、电[1～5]很多。文献[6]第一次应
6、用输入对状态反馈线性阻制动、甩负荷等紧急控制措施来保证系统的稳定化方法研究同步发电机控制,是这个领域内最早的性。因此,有必要基于电力系统的非线性模型设计不研究成果。本文主要对这一理论的方法和特点做些依赖系统某一运行点,并同时考虑了系统非线性特介绍。另外也介绍了直接反馈线性化方法。其他方性的电力系统非线性控制器。同时,随着柔性交流法可参考相应的文献。输电系统(flexibleACtransmissionsystem,缩写为111基于微分几何理论的反馈线性化方法对于下式所表示的单输入单输出的仿射非线性
7、收稿日期:2000211214。控制系统,©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第25卷第3期Vol.25No.32rxa=f(x)+g(x)udy(1)r=v(7)dty=h(x)n当r=n时,输入输出线性化同输入对状态线性化等其中x∈R为状态向量;u为控制量;y是系统输价。当r8、)是R上的光滑向量(n-r)阶系统成为系统的内部动态,可以用零动态场。方法加以分析。这种方法具有以下特点:①不需要状[1,2]基于微分几何理论的反馈线性化方法主要态变换,只需要输出的r阶微分;②控制规律需要系有2种方法:输入对状态反馈线性化和输入输出线统的精确模型和状态来实现。性化。前者主要用于研究非线性系统的镇定[7]112直接反馈线性化方法(stabilization)问题,后者用于研究系统的跟踪对由下式描述的非线性系统:(track)和调节(regulation)问题。在系统
