电力系统非线性鲁棒控制设计及其暂态性能的研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文电力系统非线性鲁棒控制设计及其暂态性能的研究作者姓名：万勇指导教师：赵军教授东北大学信息科学与工程学院申请学位级别：博士学科类别：工学学科专业名称：控制理论与控制工程论文提交日期：2013年10月论文答辩日期：2013年12月学位授予日期：2014年01月答辩委员会主席：杨光红评阅人：扔杉形．前元伟东北大学2013年12月万方数据ADissertationinControlTheoryandControlEngineeringDesignofNonlinearRobustControlandStudyonTransien

2、tPerformancesforPowerSystemsByWanYongSupervisor：ProfessorZhaoJunNortheasternUniversityDecember2013万方数据东北大学博士学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明显的说明并表示谢意。学位论文作者签名：勿勇日期：w协mz歹学位论文版权使用授权书本学位论文

3、作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后半年∥一年口一年半口两年口学位论文作者签名：乃廖签字日期：汐几．f1／．。1导师签名：签字日期：东北大学壁主兰垒笙圣——万方数据_---_-_______-I_____-_-______-●________●●_●-—__—●—-___--—_-_——。。————————一一一一II—万方数据东

4、北大学博士学位论文摘要电力系统非线性鲁棒控制设计及其暂态性能的研究摘要电力系统是一类复杂的强非线性系统，其稳定性直接关乎人们的日常生产和生活。随着电力科学技术的发展，现代电力系统的组成和结构逐渐变得多样化和复杂化，人们对电力系统稳定性的要求越来越高，因此，传统的电力系统控制方法往往无法满足这种需求。近年来，自动控制科学技术取得了长足进步，为电力系统领域提供了先进的控制技术，特别是为增强电力系统的稳定性和鲁棒性以及改进电力系统的暂态性能提供了理论和技术支撑。在这种背景下，本文研究了电力系统非线性鲁棒控制，提出了几种新的控制设计方案，较大程度上提高了电力系

5、统的暂态性能。本文所做的主要工作归纳如下：第2章，研究了带有超导磁储能系统(superconductingmagneticenergystorage，简称SMES)的单机无穷大电力系统的镇定问题，同时设计了发电机励磁控制器和SMES控制器。由于该对象模型属于非严格反馈型，因此传统的backstepping方法失效，为了解决这一问题，我们针对一类一般的凡阶不确定非严格反馈型非线性系统提出了一种扩展backstepping方法。然后，将所提方法应用在电力系统对象模型上，同时设计了发电机励磁控制器和SMES控制器以镇定功角、发电机端电压并抑制功率振荡。另外，

6、通过在设计过程中引入K类函数，有效改进了电力系统的暂态性能和稳态性能。仿真结果验证了所提方法的有效性。第3章，研究了带有SMES的单机无穷大电力系统的比控制问题，同时设计了发电机励磁控制器和SMES控制器。在控制系统设计中，我们从实际应用的角度出发，采用了一种新的电力系统等效模型，避免了无穷大母线电压无法测量的问题，而且同时考虑了励磁机动态和未知外界干扰以及电力系统暂态性能的改进。显然，同时考虑上述实际问题进行控制器设计是很有挑战性的。因此，我们提出了一种新的控制系统设计方案，解决了带有SMES的电力系统鲁棒控制问题。首先，从能量的角度，我们应用互联和

7、阻尼分配控制(interconnectionanddampingassignment，简称IDA)方法获得期望的互联矩阵和耗散矩阵以提高电力系统的暂态性能。接下来，为了实现期望的结构矩阵，一个关键的步骤是求解偏微分方程组，但是由于我们考虑了励磁机动态，使得该偏微分方程组无法求解，传统IDA方法失效，因此我们在设计过程中引入了虚拟控制思想，解决了这一问题。然后，为了提高闭环系统的鲁棒性，我们设计了电力系统如控制器。仿真—．III—．万方数据东北大学博士学位论文摘要结果验证了所设计控制器的有效性。第4章，针对带有静止无功补偿器(staticvarcompe

8、nsator，简称SVC)的单机无穷大电力系统的鲁棒镇定问题，提出了一种新的控制系统设计方案。