基于Hamilton能量理论的发电机汽门与励磁非线性稳定控制器的设计

基于Hamilton能量理论,该文提出了一种新的非线性稳定控制器的设计方法。文中详细阐述了该方法的理论依据并给出了控制器的具体设计步骤。应用此方法设计了发电机汽门与励磁稳定控制器,仿真结果验证了理论分析的正确性与控制律的有效性。由于在控制器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;考虑到Hamilton能量函数实际上是动态系统的Lyapunov函数,因此,该文也给出了一种从能量角度设计电力系统非线性稳定控制器的新方法。

UPFC稳定控制器的研究及应用

在统一潮流控制器(UPFC)上加装稳定控制器,可以提高弱阻尼系统的阻尼水平,但是稳定控制器安装位置及反馈信号的选择对控制效果影响较大。建立了包含稳定控制器的UPFC的9阶数学模型,该模型考虑了直流电容的动态响应,并且包括了并联侧的电压控制及串联侧的功率控制,可比较详细地反映稳定控制器对UPFC性能的影响,稳定控制器可根据需要安装在UPFC的并联侧或串联侧。基于该UPFC数学模型,在装设了UPFC的弱阻尼连接多机系统中,推导全系统的状态方程,利用全系统状态方程的信息计算UPFC稳定控制器的最佳安装位置及有效的反馈信号,然后使用计算结果设计相应的UPFC稳定控制器。使用EMTDC对一个装设有UPFC两区域弱阻尼连接系统进行了仿真计算,仿真结果表明,利用所提方法设计的UPFC稳定控制器可以明显提高该系统的阻尼水平。

基于超导储能的暂态稳定控制器设计

设计了用于提高电力系统的暂态稳定超导储能(SMES)装置的非线性鲁棒控制器,并从数字仿真和动模实验两方面进行了验证。为了简化动态性能分析和控制器设计,在实验样机的基础上,提出了新的基于电流型变流器的SMES的动态模型,并将其转化为标幺制模型。通过外部干扰的引入,得到了装设SMES的单机无穷大系统的动态模型,并采用精确线性化方法和线性H_∞控制理论设计了SMES的非线性鲁棒控制器。为了验证该控制器的效果,对装设SMES单机无穷大系统进行了数字仿真和动模实验,并将其与常规PI控制器进行了比较。仿真和实验结果都证明了非线性鲁棒控制器具有良好性能。

基于多目标进化算法的统一潮流控制器稳定控制器鲁棒运行点选择

针对多机电力系统中UPFC稳定控制器鲁棒运行点的选择问题,提出了综合考虑UPFC装置向系统提供阻尼以及受控电力系统本身阻尼两个目标的选择方法,将该问题转化为一个多目标问题,并提出求解该问题的相应多目标进化算法(MOEA),该算法基于Pareto排序选择方法,采取模糊修正、小生境算子、精英选种策略等技术,具有收敛速度快等优点。最后通过对新英格兰电力系统的仿真分析,验证了多目标进化方法在选取UPFC稳定控制器鲁棒运行点问题上的有效性。

基于返步法的区域稳定控制器统一设计

提出了一种可有效解决区域功率振荡问题的统一控制器设计方法。该方法解决了各控制器间因数学模型和采用控制理论的不同所可能造成的协调配合问题。在系统建模过程中,打破了对网络拓扑、元件模型精细程度,以及元件模型适应范围的束缚,建立了基于全局信号的区域互联电力系统的统一模型;在控制规律的推导过程中,利用模型的结构特征,将返步法与先进的控制理论相结合,解决了系统参数不确定和模型误差问题。在MATLAB环境下的相关仿真结果验证了所提出的方法的有效性。

STATCOM多信号稳定控制器

静止同步补偿器(STATCOM)的主要功能是电压控制,通过在STATCOM加入稳定控制器,则可以阻尼系统功率振荡。在推导出带稳定控制的STATCOM动态方程后,用五阶状态方程描述STATCOM的动态特性。再利用系统状态方程的信息寻找能提高系统阻尼的STATCOM,进一步分析系统中有效的阻尼信号,设计多信号稳定控制器加于STATCOM中以增强系统阻尼。最后,给出一个算例进行验证,算例的特征值分析表明了多信号稳定控制器的有效性,算例的EMTDC时域分析所得的系统参数响应也同时证明了多信号稳定控制器的控制效果。

基于神经网络的快速汽门暂态稳定控制器的研究

提出一种应用单隐层前向神经网络决定电力系统暂态稳定快速汽门控制规律的方法。将实现控制规律的神经网络控制器分为两个子神经网络:子神经网络1,用来确定系统的暂态稳定情况,同时给出相应汽门最小开度和汽门持续关闭的时间;子神经网络2,用于确定不稳定情况下汽门的最终开度。该神经网络控制器用于受扰动后的三机系统中,其仿真结果令人满意。

统一潮流控制器的自适应校正稳定控制器设计

在装设了统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的弱阻尼连接多机系统中,综合利用全系统的线性化状态方程和传递函数的信息,设计了线性化的UPFC稳定控制器。为使该稳定控制器能在系统大范围内的运行点提供有效阻尼,文中在UPFC稳定控制器中加入一可调的超前(滞后)环节,利用Prony分析在线辨析系统低频振荡特性。利用在线辨析的结果对稳定控制器的可调环节进行微调,使之针对系统具体运行工况进行自适应校正,从而持续工作在最佳状态。最后利用电磁暂态仿真程序对一个装设有UPFC的两区域弱阻尼连接系统进行了仿真计算。仿真结果表明,文中设计的自适应校正UPFC稳定控制器能够明显提高该系统的阻尼水平。

基于转矩面积的STATCOM稳定控制器设计

同步发电机的同步转矩分量及阻尼转矩分量是影响电力系统稳定性最直接的因素,转矩面积则将这2个转矩分量有机结合起来。文中推导出转矩面积的计算方法,再利用最大转矩面积原理对静止同步补偿器(STATCOM)稳定控制器进行优化设计,解决了STATCOM稳定控制器可能会恶化系统同步转矩这一问题。所设计的稳定控制器投入运行后,可以保证同步发电机同时拥有足够大的同步转矩和阻尼转矩,使得系统的稳定水平得以提高。最后给出一个算例进行验证,EMTDC的仿真结果证实了此方法的有效性。

基于机器学习的网络稳定控制器设计与实现

由于网络数据多元化以及网络非法入侵的干扰,当前设计出的网络稳定控制器往往响应时间过长,提出基于机器学习的网络稳定控制器设计方法。设计的控制器主要由开发板、控制电路和机器学习模块组成。机器学习模块利用特定的学习方式对网络被控对象进行监督,监督结果将被传送到控制电路进行多种学习行为的虚拟控制。开发板对虚拟控制结果进行接收,筛选出对网络被控对象的最优控制策略。机器学习模块对最优控制策略进行评价后,向网络被控对象实施稳定控制。实验结论证明,所设计的控制器可在维持对网络有效控制的同时,获取优异响应时间,响应能力较强,可较好地对设计目标进行实现。

基于转矩面积的UPFC稳定控制器优化设计

通过推导统一潮流控制器(UPFC)稳定控制器的状态方程,分析了UPFC稳定控制器对同步发电机电磁转矩的影响。同步发电机的同步转矩分量和阻尼转矩分量是影响电力系统稳定性最直接的因素。考虑到利用UPFC稳定控制器提高系统阻尼转矩时有可能会恶化系统的同步转矩,文中利用转矩面积对UPFC稳定控制器进行了优化设计,较大的转矩面积可以确保同步发电机同时拥有足够的同步转矩和阻尼转矩。优化后的UPFC稳定控制器在提高系统阻尼转矩的同时,改善了系统的同步转矩,从而有效提高系统的稳定水平。最后给出一个算例进行验证,EMTDC的仿真结果证实了该方法的有效性。

交流微电网稳定控制器并联效率优化设计

针对微电网孤网状态下多台稳定控制器并联运行时的效率问题,利用一致性算法,使每台稳定控制器获取全局信息,并结合交流母线的电压信息调节稳定控制器投入运行数量。结合稳定控制器典型的效率特性曲线,实现各台稳定控制器下垂特性的自适应调节,对各台换流器输出功率进行实时调节,最终实现多台稳定控制器并联运行效率的全局优化。在MATLAB/Simulink中仿真验证了多代理系统所采用的一致性算法能够保证收敛性,并能实现对于多台稳定控制器出力的协调控制。最后搭建试验平台,试验结果验证了多台稳定控制器并联运行优化控制的可行性。

线性不确定系统的鲁棒稳定控制器

基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论，给出了一种鲁棒稳定控制器的设计方法，并将此方法推广到不满足匹配条件的线性不确定系统。

一种简单的模糊鲁棒二次稳定控制器设计

研究非线性系统的稳定控制问题,采用模糊动态模型方法,并将全局模糊系统模型表示成不确定系统形式。在满足匹配条件下,采用一种简单的鲁棒二次稳定控制器设计方法,设计出使模糊系统全局渐近稳定的控制器。避免了并行分配补偿法中求解公共矩阵P的困难。一级倒立摆的模糊控制器设计实例,证明了方案的简洁有效。

D鲁棒稳定控制器的设计

本文提出了一种Ｄ鲁棒稳定控制器的设计方法。采用逐次迭代的方式，每次只针对一个确定的“关键对象”进行设计。因此，各种经典的设计方法都可以采用。每次设计出一个控制器后，就用本文提出的方法确定下次设计的关键对象，直到不再有关键对象存在。这样，就能保证只针对尽可能少的对象进行设计。

基于自律分散系统的直流微电网稳定控制器优化设计

基于储能的直流微电网稳定控制器(stability controller,SC)在直流微电网中发挥重要作用,但是在孤网轻载条件下多台SC同时运行会引起较大的换流损耗。为了提高多SC并联运行时的全局效率,提出了基于自律分散系统的优化方案,各SC通过逻辑运算迭代算法得到全局SC信息,再结合本地直流母排电压信息调节SC运行数量及其下垂曲线特性,在保证直流微电网并网、孤网条件下稳定运行的同时对各换流器输出电流进行实时调节,使运行的SC都工作在效率最高点附近,实现SC效率的全局优化。通过优化,各SC能够根据直流母排电压自适应调节其下垂特性,并且负载越轻,优化效果越明显。

一类Hopf分岔系统的通用鲁棒稳定控制器设计方法

针对一类多项式形式的Hopf分岔系统,提出了一种鲁棒稳定的控制器设计方法.使用该方法设计控制器时不需要求解出系统在分岔点处的分岔参数值,只需要估算出分岔参数的上下界,然后设计一个参数化的控制器,并通过Hurwitz判据和柱形代数剖分技术求解出满足上下界条件的控制器参数区域,最后在得到的这个区域内确定出满足鲁棒稳定的控制器参数值.该方法设计的控制器是由包含系统状态的多项式构成,形式简单,具有通用性,且添加控制器后不会改变原系统平衡点的位置.本文首先以Lorenz系统为例说明了控制器的推导和设计过程,然后以van der Pol振荡系统为例,进行了工程应用.通过对这两个系统的控制器设计和仿真,说明了文中提出的控制器设计方法能够有效地应用于这类Hopf分岔系统的鲁棒稳定控制,并且具有通用性.

鲁棒稳定控制器设计

提出了一种新的鲁棒稳定控制器设计方法。利用它能够成功地解决当被控对象具有极点穿越虚轴时，鲁棒控制器的设计问题。

稳定降阶控制器设计的新方法（英文）

本文首先提出了稳定降阶控制器的一个特殊结构,然后给出了两种控制器设计方法:一种是基于新的松弛变量的特殊构造,另一种是基于分离李雅普诺夫矩阵和控制器矩阵的两步法.新的方法可以处理具有不同阶数和不同数目不稳定极点的几个系统的同时镇定问题,而这个问题是很难用一般的鲁棒控制方法处理的.本文提出的新方法还可以拓展到处理H∞、严格正实以及分散控制问题.同时,本文讨论了控制器的范数约束问题.在该方法中,甚至每一个控制器参数都可以被施加绝对值约束.本文还讨论了相关的NP难问题,给出了相应的控制器设计算法.最后,给出了几个例子验证了所提出的设计方法的有效性,并且对这两种设计方法进行了对比.

考虑车辆稳定的避障路径自适应模型预测跟踪

为了提高车辆在稳定行驶前提下的避障路径跟踪控制精度,设计了自适应模型预测路径跟踪控制器和稳定控制器。根据车辆运动特性,建立了车辆在横向和横摆向共三个自由度的车辆动力学方程;基于路径跟踪控制需要,建立了预瞄跟踪控制模型。在避障路径跟踪方面,提出了预测时域随车速和路径曲率自适应变化方法;以提高避障路径跟踪精度和控制量增量最小为优化目标,将路径跟踪控制问题转化为二次型问题,实现了自适应优化求解和时域滚动控制。在车辆行驶稳定方面,从车辆状态的稳定性预判、稳定力矩的计算和分配等方面设计了稳定控制器。经仿真验证,这里的方法能够将车辆状态控制在相平面的双线法稳定区域内,实现了车辆行驶的稳定性和安全性;在避障路径跟踪方面,这里的方法的最大跟踪误差和绝对误差均值远小于传统模型预测控制、文献[14]模糊滑模控制,充分证明了这里的方法在避障路径跟踪控制中的高精度和有效性。