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基于微分代数模型的不确定电力系统多指标非线性鲁棒自适应控制研究

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基于微分代数模型的不确定电力系统多指标非线性鲁棒自适应控制研...

作者：苏浩广西大学

学位级别：硕士

电力系统具有强非线性、强耦合、高维和广域等特征,同时随着电网规模逐年扩大,大规模新能源机组、大量电力电子接口的接入进一步增加了电网的复杂程度,使得电力系统充满了不确定性。因此,为了能让电网在各种状况下都能安全稳定地运行,... 详细信息

电力系统具有强非线性、强耦合、高维和广域等特征,同时随着电网规模逐年扩大,大规模新能源机组、大量电力电子接口的接入进一步增加了电网的复杂程度,使得电力系统充满了不确定性。因此,为了能让电网在各种状况下都能安全稳定地运行,各种先进的控制方法被逐步应用于电力系统中。本文回顾了非线性控制方法的研究现状以及在电力系统中的具体应用,并深入研究了基于反馈线性化的非线性控制方法。反馈线性化设计是一种基于微分几何的控制方法,它对系统的精度要求很高,大部分学者运用该法去设计控制器时都是基于理想建模,几乎没有考虑到系统中存在的不确定性。如何设计控制器使得电力系统在面对各种不确定性因素的干扰下依然能保持稳定运行,系统的静、动态特性均能满足工程要求,这是一个值得深入探讨的课题。针对含有不确定参数因素和外部扰动的多输入多输出微分代数系统,本文提出一种多指标非线性鲁棒自适应控制（Multi-Index Nonlinear Robust Adaptive Control,MINRAC）方法。首先通过部分精确线性化设计得到多指标非线性鲁棒控制律,再通过自适应控制修正该控制律。用该方法设计得到的控制器具有优秀的静、动态特性,在系统参数不确定性和外部扰动同时存在的情况下,MINRAC方法可以保证系统所关心的多个指标都能控制在其期望值而不存在静态偏移。为了验证MINRAC方法的有效性和优越性,本文三、四、五章分别将该方法应用于同时存在参数不确定性以及外部扰动的汽门开度与发电机励磁协调系统、超级电容储能制动装置与发电机励磁协调系统和多机电力系统中。仿真结果表明,无论是单机无穷大系统还是多机互联耦合系统,MINRAC方法的控制机理都是一致的。输出函数选取系统关心的指标量如功角、角频率和机端电压等作为约束,当系统存在参数不确定以及外界干扰时,通过自适应控制调节不确定参数数值迫使这些指标量都趋向于给定的期望值,所以具有优秀的静态跟踪性能。对于三相短路这种电力系统最严重的故障,该方法通过关闭自适应控制器,退化成多指标非线性鲁棒控制器,能保证系统在大范围内都是稳定的,系统拥有较好的动态性能。在本文第五章中,对于系统网络参数发生变化,尽管在MINRAC方法的推导过程中只考虑了微分方程中的参数不确定性,没有考虑到系统代数约束中网络参数的不确定性,但仿真结果显示,该方法对系统网络参数的变化仍然具有适应性,进一步验证了本文所提方法的有效性和优越性。

关键词：微分代数模型非线性控制 MINRAC方法不确定性电力系统稳定性

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带复杂水力系统的水轮机多机微分代数模型

中国电机工程学报 2020年第2期40卷 615-623页

作者：钱晶曾云吕顺利郭亚昆昆明理工大学冶金与能源工程学院云南省昆明市650098 布拉德福德大学工程学院英国布拉德福德BD71DP

对于一管多机带调压井的复杂水力系统,由于水力耦合的影响较大、计算困难,使得计及水力耦合的机组控制设计和稳定性分析存在较大的困难。对调压井和隧洞的水头和流量暂态变化进行分析,发现水力暂态满足叠加原理。据此,将调压井和隧洞水... 详细信息

对于一管多机带调压井的复杂水力系统,由于水力耦合的影响较大、计算困难,使得计及水力耦合的机组控制设计和稳定性分析存在较大的困难。对调压井和隧洞的水头和流量暂态变化进行分析,发现水力暂态满足叠加原理。据此,将调压井和隧洞水头和流量的暂态变化表示为单一机组流量的函数,即表示为多机形式。进而,构建一管多机带调压井的多机形式的水轮机微分代数模型。该模型形式上可直接与经典的发电机多机微分方程模型联立,构成水电站局部多机系统模型,应用方便。结合一管多机带调压井的水力系统实例进行仿真研究,结果表明,所提出的模型有很高的计算精度,满足机组暂态分析和控制设计的需求。

关键词：一管多机带调压井水力耦合多机形式水轮机微分代数模型

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AC/DC系统的一类微分代数模型

中国电机工程学报 2007年第34期27卷 33-38页

作者：庄慧敏肖建西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

目前普遍使用的AC/DC系统的微分代数模型主要存在2大缺陷:①随着直流线路的增加可能出现"维数灾难"问题;②不易处理直流控制方式的切换,计算繁杂。针对这一问题,提出一种新的建模方法。该方法基于消元思想,先将换流器消耗的功率作为依... 详细信息

目前普遍使用的AC/DC系统的微分代数模型主要存在2大缺陷:①随着直流线路的增加可能出现"维数灾难"问题;②不易处理直流控制方式的切换,计算繁杂。针对这一问题,提出一种新的建模方法。该方法基于消元思想,先将换流器消耗的功率作为依赖于电压的负荷,求解直流系统方程,消除直流变量后,再建立AC/DC系统的微分代数方程(differential algebra equation,DAE)模型。该方法建立的交直流DAE模型不含直流变量,容易处理直流控制方式的切换,计算量小,计算速度快。此外,基于此模型讨论电压稳定的鞍结分岔点的计算。最后通过一个3机3母线的AC/DC系统算例和一个双馈入直流线路算例验证该建模方法的有效性。

关键词： AC/DC系统微分代数模型消元思想崩溃点法鞍结分岔

面向性能仿真的非连续微分代数模型的指标分析

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计算机辅助设计与图形学学报 2008年第5期20卷 585-590页

作者：丁建完张诚坚陈立平华中科技大学数学系武汉430074 华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心武汉430074

针对物理系统性能仿真形成的非连续高指标微分代数模型,提出一种基于加权二部图的指标转换方法.该方法将微分代数系统表示为加权二部图,基于二部图匹配算法可以判定微分代数系统是否为高指标系统.对于高指标系统,采用文中方法可以找出... 详细信息

针对物理系统性能仿真形成的非连续高指标微分代数模型,提出一种基于加权二部图的指标转换方法.该方法将微分代数系统表示为加权二部图,基于二部图匹配算法可以判定微分代数系统是否为高指标系统.对于高指标系统,采用文中方法可以找出需要求导的最小结构奇异方程子集,以便将高指标系统转换为低指标形式.最后,针对定结构与变结构的非连续微分代数模型给出了相应的指标分析策略.文中策略与相关算法已在基于Modelica语言的建模仿真平台MWorks上实现.

关键词：指标分析微分代数模型非连续性能仿真

基于微分代数模型的AC/DC系统非线性控制器设计

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中国电机工程学报 2005年第7期25卷 52-57,103页

作者：徐光虎王杰陈陈曹国云上海交通大学电气工程系上海市徐汇区200030

针对电力系统实际负荷以及直流系统本身的非线性特性,在微分代数模型的基础上,将M导数、M括号以及MIMO微分代数系统反馈线性化技术运用到交直流并联系统非线性控制器设计中。在系统的M关系度小于系统阶数及其满足一定的条件时,可得到微... 详细信息

针对电力系统实际负荷以及直流系统本身的非线性特性,在微分代数模型的基础上,将M导数、M括号以及MIMO微分代数系统反馈线性化技术运用到交直流并联系统非线性控制器设计中。在系统的M关系度小于系统阶数及其满足一定的条件时,可得到微分代数系统模型的Bronovsky标准形式,并对交直流混合(AC/DC)系统中发电机励磁控制和直流系统整流侧定电流控制律进行了深入研究。针对一个含有AC/DC的单机无穷大系统(SMIBs)进行实例仿真,研究结果表明所设计的非线性控制器与传统的PID控制器相比具有较好的阻尼特性,能进一步提高系统的动态稳定性。该控制器的设计方法可以很方便地应用于多机交直流并联系统的稳定性控制。

关键词：电力系统稳定性 AC/DC系统非线性控制器微分代数模型设计模糊控制

电力系统微分代数模型的奇异性和暂态电压稳定

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电力系统自动化 2006年第13期30卷 16-21页

作者：吴浩郭瑞鹏韩祯祥浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

将电力系统微分代数模型的奇异性与暂态电压稳定相联系,用动态负荷模型逼近静态负荷模型,以消除原微分代数方程模型中的奇异性。在2机单负荷3节点系统和新英格兰39节点系统中构造算例,证实了系统在原奇异点附近具有暂态电压崩溃的特征,... 详细信息

将电力系统微分代数模型的奇异性与暂态电压稳定相联系,用动态负荷模型逼近静态负荷模型,以消除原微分代数方程模型中的奇异性。在2机单负荷3节点系统和新英格兰39节点系统中构造算例,证实了系统在原奇异点附近具有暂态电压崩溃的特征,从而微分代数方程的奇异性可以作为暂态电压崩溃的一种机理解释。此外,还研究了动态负荷模型时间常数、负荷功率和负荷成分对暂态电压稳定性的影响。研究结果表明具有恒功率或恒电流负荷特性且负荷响应较快的系统在重载下易发生电压崩溃。上述结论对研究暂态电压稳定的机理、电压稳定和功角稳定的关系、电力系统微分代数方程模型的理论和仿真分析具有一定的参考价值。

关键词：电力系统稳定性微分代数模型奇异性暂态电压稳定功角稳定电压崩溃

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基于微分代数模型的直流非线性附加控制

电力自动化设备 2011年第6期31卷 34-38页

作者：李国庆陈厚合姜涛陈洁东北电力大学电气工程学院吉林吉林132012 华北电力大学电气与电子工程学院北京102206 国电南京自动化股份有限公司江苏南京211100

针对交直流互联电力系统的稳定控制问题,提出了一种微分代数模型反馈线性化的新方法。该方法基于叠加原理,计及非线性代数模型的影响,将微分代数系统的微分模型和关联代数模型的反馈分别线性化;系统代数变量仅影响关联代数模型反馈线性... 详细信息

针对交直流互联电力系统的稳定控制问题,提出了一种微分代数模型反馈线性化的新方法。该方法基于叠加原理,计及非线性代数模型的影响,将微分代数系统的微分模型和关联代数模型的反馈分别线性化;系统代数变量仅影响关联代数模型反馈线性化,避免微分代数模型反馈线性化过程中重复进行微分部分的计算,易于研究不同代数变量对控制系统性能指标的影响程度;基于微分模型的状态反馈线性化系统可简便地扩展为微分代数模型状态反馈线性化系统。充分考虑交直流互联系统非线性负荷对直流功率调制的影响,将该方法应用于直流非线性附加控制器设计中,仿真结果表明所设计的控制器具有较好的阻尼特性,可有效改善互联系统动态稳定性,并提高直流系统运行稳定性。

关键词：微分代数模型反馈线性化关联代数模型叠加原理交直流互联系统功率调制

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电力系统微分代数模型奇异诱导分岔分析

中国电机工程学报 2003年第7期23卷 18-22页

作者：王庆红周双喜清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

该文系统地讨论了无阻尼项和包括阻尼项的电力系统微分代数模型(DAE)发生奇异诱导分岔(SIB)的特点;首次建立了确切的奇异诱导分岔的一般定义;和已有的定义相比,其定义不但数学描述严谨,而且给电压稳定分析带来极大的方便。文中还首次讨... 详细信息

该文系统地讨论了无阻尼项和包括阻尼项的电力系统微分代数模型(DAE)发生奇异诱导分岔(SIB)的特点;首次建立了确切的奇异诱导分岔的一般定义;和已有的定义相比,其定义不但数学描述严谨,而且给电压稳定分析带来极大的方便。文中还首次讨论了包括阻尼项的DAE模型会发生双奇异诱导分岔(DSIB),而无阻尼项的DAE模型只能捕捉到传统的单奇异诱导分岔这一特点,并且还给出了有阻尼项的DAE发生DSIB的充要条件和退化条件,得出了一些有意义的结论和新观点。

关键词：电力系统微分代数模型奇异诱导分岔分析电压稳定

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弹性水击水轮机微分代数模型的仿真

排灌机械工程学报 2014年第8期32卷 691-697页

作者：曾云张立翔钱晶徐天茂郭亚昆昆明理工大学土木工程学院云南昆明650500 昆明理工大学电力工程学院云南昆明650500 昆明理工大学图书馆云南昆明650500 阿伯丁大学工程学院

为了验证水力动态的微分方程模型应用于水力机组暂态计算的准确性,采用仿真方法,对弹性水击下水轮机出力的微分代数系统模型进行验证.通过推导弹性水击下水力动态非线性微分方程,建立非线性水轮机的Simulink仿真模块.将水力动态微分方... 详细信息

为了验证水力动态的微分方程模型应用于水力机组暂态计算的准确性,采用仿真方法,对弹性水击下水轮机出力的微分代数系统模型进行验证.通过推导弹性水击下水力动态非线性微分方程,建立非线性水轮机的Simulink仿真模块.将水力动态微分方程模型与其他传统计算方法,如传递函数、高阶传递函数、不同形式传递函数、特征线方法进行仿真对比,分析水轮机水头和出力的暂态变化,验证模型应用于水轮机暂态的适用性.结果表明,非线性水轮机微分代数模型的水头和出力计算值与其他几种方法计算结果基本一致,所提出的模型能满足研究水轮机暂态特性的需要.

关键词：水轮机微分代数模型水力暂态仿真验证