基于Hamilton能量函数含TCSC的电力系统非线性控制

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1、YANJIUYUFENXI研究与分析基于Hamilton~量函数含TCSC的电力系统非线性控制张靠社，张增强，杨宝杰(西安理工大学水电学院，陕西西安710048)利用HamlltonN⋯a量系统理论，以单机无穷大系统为O引言例，对TCSC采用非线性控制方法提高系统暂态稳定性进行了研究，并进行了数字仿真试验。结果表明，柔性交流输电系统(FlexibleACTransmission本文设计的控制器较常规控制器具有更好地提高首SystemsFACTS)技术是现代电力技术发展的一个摆稳定和阻尼后续功率振荡的能力，对系统运行点

2、重要方向，它可以提高电力系统的传输能力和稳定的变化也有较好的适应性和鲁棒性。水平。可控串联补偿电容器(ThyristorControlled1含TCSC控制的单机无穷大电力系SeriesCompensation，TCSC)作为FACTS元件的一种．统数学模型其电抗可以在一定范围内快速而连续地变化，与传统的固定式串联补偿电容相比，不但可以补偿线路含TCSC的单机无穷大母线系统结构如图1所电抗，提高传输能力，还可以抑制低频振荡和次同步示。该系统在传输线L中间装有TCSC，在控制器的谐振，提高系统的静态和暂态稳定性。因此T

3、CSC技设计中，不计调速器的作用，即原动机的输入功率术被广泛应用于国内外输变电工程ll’2l和以发电、输为常数。电、供电等相关实际电力工程为背景的研究，如碧成220kV可控串补工程I】等。宅TCSC在提高系统稳定性、抑制振荡方面的作用GB．)BS已得到公认，传统的分析方法是对系统模型近似线性化，没有考虑系统的非线性特性。文献[5】对TCSC瑞。的非线性逆推设计进行了研究，并设计了控制方法．但没有考虑到系统受外界干扰的影响，而且只有理图1~TCSC的单机无穷大系统结构论分析，没有仿真结果。文献[6】建立模糊控制器，逼若

4、略去线路和TCSC本身的电磁暂态过程，则可近误差和控制器参数之间的线性关系．用Lyapu13ov建立如下的TCSC控制系统的数学模型。稳定性理论设计参数的自适应律。得到一种新型的l6=一oTCSC模糊自适应控制器，可以在线调整模糊控制器的全部参数，对系统发电机摇摆具有良好的阻尼作[(oJ-o~o)-Po]用，但是选取合适的非线性函数及其参数的工作量EtVs=qsi很大，需要进行大量的仿真试验。近年来．对∑+Hamilton~。量系统理论进行了广泛的研究l7_Ⅻ。本文∑=+T+L收稿日期：2009—01—02作者简介：

5、张靠丰十(1965一)，男，陕西乾县人，博士，副教授，从事电力系统分析与控制方面的研究和教学工作。研究与分析YANJIUYUFENX式中：6为发电机转子运行角；是发电机转子速度：可检测性，知在控制律“作用下，式(6)在平衡点处为发电机转子的转动惯量；D为阻尼系数：为发电渐近稳定。机q轴暂态电势；为无穷大系统电压：为变压器电抗；为d轴绕组暂态电抗；为发电机输出的电3含TCSC的非线性控制策略磁功率；，u为输电线路电抗；心是控制变量，表示TCSC的等效电抗；，(1)为发电机稳态运行丁作点2利用Ham．}lon能量函数方法

6、设计动态系统稳定器：可_l_一(8)仿射非线性动态系统为：f厂()+G()M=【)-()(2)几『l警一]j式中：∈R，是系统状态向量：“∈Rm，Y∈Rt，M和Y分别是系统输入与输出向量；厂：R一尺n为光滑向量=l_si]I场；G：R一l为光滑矩阵函数；／7：JRn一尺为光滑函数；设为该系统的渐近稳定平衡点，即满足厂()=0。设式中：(Do，6等，c：。定义1：对于式(2)所示的仿射非线性动态系统，如果u(t)=0，任意满足()0的解(t)都趋向于平日()=一似-+—1(9)衡点，则称式(2)是零状态可检测的。定义2

7、：对于仿射非线性动态系统式(2)，存在以下有界函数H(x)，可以将其表示为：f叠=MV+G()“(t)Ly=G(x)VH(3)01式中：为一结构矩阵；日为函数H(x)的梯度。则称—1．b]“非线性动态系统(2)为广义受控Hamihon系统，函数日式中：VHI_n，x2]()为该系统的一个HamlhonN’~量函数。对于式(3)所示的广义受控Hamihon系统，如果可以将其表示为：．，=[一0]Rc=[：]=(．，一R)VH+G(x)u(t)(4)根据定义l不难证明式(11)是过零检测的，故可式中：J()与R()分别为

8、反对称矩阵与半正定矩以得到系统的控制律为：阵，并且式(4)是零状态可检测的，则存在控制策略f一]M=一KGVH=一g10一csinxL]II=一KG()VH(5)式中：为正定矩阵，使得非线性动态系统式(4)在平衡点处渐近稳定。一f。一si1]证明：在式(5)的作用下，闭环反馈系统为：二sin6(12)=(I，()一R(x)一G(x)KG())V