基于目标全息反馈法的发电机非线性励磁控制设计

针对单输入非线性控制系统,提出了一种目标全息反馈的非线性控制设计方法(NCOHF),以解决非线性控制系统的多目标控制问题。该方法可将非线性控制系统的多目标控制问题转化到线性空间中,并均在性能指标中得到约束,从而控制规律包含全部控制目标的反馈信息,形成目标全息反馈的思想。将这种设计思想运用于发电机非线性励磁控制设计中,分别设计得出2种均以机端电压、有功功率和角速度为控制目标的目标全息反馈非线性励磁控制规律(NECOHF)。仿真结果表明:这2种控制规律不仅能有效地镇定发电机的机械振荡,改善系统的稳定性,而且能很好地解决发电机输出特性的控制精度问题。

基于目标全息反馈法的单输入多输出控制系统极点配置

该文深入研究目标全息反馈非线性控制(nonlinear control with objective holographic feedbacks,NCOHF)设计方法在单输入多输出(single input multiple output,SIMO)控制系统中发挥作用的机理。鉴于线性系统是非线性系统的特例,将NCOHF设计方法用于线性控制系统中。详细讨论NCOHF设计方法配置系统极点的原理和解决目标量跟踪精度的本质。基于Hartman-Grobman定理,得出其非线性控制设计实质,即:通过非线性反馈对非线性控制系统在平衡点附近进行极点配置,通过反馈系数对目标量分别约束,从而迫使目标量收敛于各自的参考轨迹。以发电机励磁控制系统为例,给出应用实例,提出目标全息反馈非线性励磁控制(NECOHF)设计方案。仿真结果表明:通过极点配置进行设计,使得发电机具有良好的输出特性。

基于目标全息反馈的发电机非线性综合控制设计

针对多输入非线性控制系统提出了目标全息反馈非线性控制设计方法,该方法将非线性控制系统的全部控制目标转换到线性空间中,使控制目标均在性能指标中得到约束,因而推导的控制规律包含所有控制目标的反馈信息。运用这种设计方法,针对凝汽式发电机,提出了发电机励磁与汽门目标全息反馈非线性综合控制规律。仿真结果表明:在该控制规律的作用下,发电机具有良好的汽门与电压调节特性,不会因为调压或者调功而产生静态偏移,改善了发电机的输出特性。

基于目标全息反馈的STATCOM与发电机励磁的多目标非线性协调控制

针对以往静止同步补偿器(STATCOM)数学模型具有较多约束条件的问题,以STATCOM内部并联电容的直流电压Udc为切入点,采用STATCOM的脉冲控制角和STATCOM超前系统电压角为控制量,提出一种新型的STATCOM数学模型。借助非线性多目标控制设计理念,选取6个跟踪状态目标;基于目标全息反馈控制原理,将非线性系统的多目标控制问题转换到线性系统中,得到包含全部控制目标反馈信息的非线性控制律u,完成了凸极式发电机励磁与STATCOM协调控制策略的设计,并通过单机无穷大系统对其进行暂态仿真。仿真结果表明:利用目标全息反馈非线性控制设计方法设计的协调控制律能较好地改善发电机的输出特性,有效地抑制系统电压的静态偏移,改善电力系统的暂态稳定性,提升系统协调控制的动、静态性能。

基于目标全息反馈的统一潮流控制器非线性控制设计

为提高统一潮流控制器(UPFC)控制系统动、静态响应品质,针对UPFC非线性控制系统,给出了一种基于目标全息反馈的控制设计方法。运用目标全息反馈控制设计方法,首先,选取原UPFC控制系统中的控制目标为目标状态量,建立目标状态量动态方程,将原系统控制目标变换到线性空间;然后,对线性空间求取线性最优反馈控制规律,从而使控制目标在性能指标中得到充分约束,使所推导的控制规律包含全部控制目标的反馈信息;最后,将所求取的线性反馈控制规律反解到原非线性系统,以此完成UPFC目标全息反馈控制设计。仿真结果表明,运用目标全息反馈所设计的UPFC控制系统能够很好地跟踪各控制目标,有效解决接入点电压静态偏移的问题,控制系统动、静态品质优越,有效改善了电力系统的暂态稳定性。

多输入控制系统中目标全息反馈法的极点配置原理

在多输入多输出控制系统中,详细论述目标全息反馈非线性控制法(nonlinear control with objective holographic feedbacks,NCOHF)的极点配置原理。在双曲平衡点的邻域内,由于非线性系统与其一次近似系统具有拓扑等价性,因此通过对一次近似系统的讨论,推证出:在多输入系统中,目标全息反馈法可通过极点配置来确保各目标量的准确跟踪和非线性系统的稳定性。以凝汽式发电机组为例,进行极点配置设计,提出目标全息反馈非线性综合控制(nonlinear integrated control with objective holographic feedbacks,NICOHF)规律。仿真结果表明该方法使发电机具有良好的动、静态性能。

大型汽轮发电机组目标全息反馈非线性综合控制设计

应用目标全息反馈法(NCOHF)来处理大型汽轮发电机组的非线性综合控制问题。根据NCOHF的原理,非线性控制设计过程并没有涉及高压缸、中压缸、低压缸和中间再热器的动态方程,因而设计十分简单。同时指出,高压缸、中压缸、低压缸和中间再热器的动态方程组成了稳定的零动态子系统,因此无需被非线性设计过程考虑。在设计中,通过反馈系数的选择,提出的控制规律能有效配置系统在平衡点附近的极点。仿真结果进一步证实了提出方案的有效性。

发电机组目标全息反馈大范围稳定控制设计

针对中间再热式汽轮发电机组,提出具有大范围稳定性的目标全息反馈非线性协调控制设计方案,确保全部重要物理量均具有良好的动、静态性能。运用李亚普诺夫函数构造非线性协调控制规律,通过极点任意配置,使李亚普诺夫能量函数全导数在除平衡点以外的整个实数范围内是负定的,从而使系统在提出的控制规律作用下具有大范围稳定性。设计过程表明:在李亚普诺夫能量函数衰减的同时,各重要物理量逼近自己的参考轨迹。由于控制目标的选择不会严重影响非线性设计过程,因此提出的方案可根据实际需要全面、灵活地选择控制目标。仿真结果进一步证实了提出方案的有效性。

基于目标全息反馈的STATCOM与发电机励磁协调控制研究

针对含有静止同步无功补偿器的发电机励磁系统,采用目标全息反馈法(Nonlinear Control design method with Obiective Holographic Feedbacks,NCOHF)推导该系统的协调控制规律,使各控制目标均在给定性能指标中得以约束,以获得良好的系统性能。分别选定机端电压偏差、STATCOM的有功电流偏差以及无功电流偏差为控制目标,设计NCOHF协调控制器,并采用极点配置法整定控制器中的k参数。仿真结果表明:在该控制器作用下,发电机具有良好的输出特性,既能有效消除机端电压偏差,又能精准追踪电磁功率给定值;同时合理分配STATCOM的无功功率,提高电力系统的稳定性。因此,该协调控制器能很好地兼顾各控制目标的动、静态性能.并具有良好的应用价值。

单电感双输出Boost变换器的目标全息反馈非线性控制

单电感双输出Boost变换器具有非线性特性且输出端存在交叉调节,这给控制器的设计带来困难。为此文中采用目标全息反馈非线性控制方法对单电感双输出Boost变换器的控制器进行设计,以减少系统的交叉调节和其非线性特性带来的问题。首先,建立所研究系统的仿射非线性模型,选取系统状态变量与其对应的参考值形成偏差方程,并令该方程符合布鲁诺夫斯基标准型。然后使用线性最优控制理论对偏差方程形成的线性系统进行设计。同时文中还推导出目标全息反馈非线性控制方法的控制本质是可通过选取反馈参数来配置变换器系统的极点。最后仿真实验结果证明了采用的目标全息反馈非线性控制策略相比于共模差模电压控制策略有着更强的鲁棒性和更快的调节速度,并能有效的抑制系统的交叉调节。

基于目标全息反馈的自适应励磁控制器的研究

阐述了电力系统励磁控制系统目标全息反馈的方法,将系统中非线性因素转换到含有控制输入的状态方程中。提出了李雅普诺夫函数函数,对应的滑模控制器保证了全局收敛性;设计了扩张状态观测器,使系统能够实时跟踪并补偿扰动,使设计的控制器具有自适应性。MATLAB的仿真结果证明了该方法的有效性。

应用目标全息反馈和ESO的励磁控制器设计

为了改善发电机励磁控制器的性能,应用目标全息反馈将仿射非线性系统方程中的非线性因素转换到含有控制输入的状态方程中,并得到对应的Brunovsky标准型。由于转换后的系统中非线性因素都包含在虚拟控制输入的方程中,可以通过构造二阶的ESO来观测系统中未知扰动并将其反馈线性化,进而得到线性模型。然后使用极点配置法来求得系统的线性部分的反馈增益系数。为验证文中方法的有效性,在MATLAB上进行仿真试验,仿真结果证明了该方法的可行性。

基于目标全息反馈的励磁滑模控制

应用目标全息反馈法将系统中非线性因素转换到含有控制输入的状态方程中,转换后的系统中非线性因素转移到最后一阶方程中,然后使用最优反馈法来求得系统的滑模切换面的行向量。为抑制滑模控制器可能出现的抖振现象,故用饱和函数取代了符号函数。最后MATLAB的仿真结果证明了该方法的有效性。

基于多目标全息反馈的UPFC非线性控制策略

文章选取UPFC两侧逆变器的SPWM脉宽调制比和调制相角作为控制量,进行UPFC装置数学建模。基于非线性多目标全息反馈控制原理,构建含有8个控制目标的跟踪方程组,得到非线性多目标控制律,并利用包含发电机组的单机无穷大系统进行暂态仿真。仿真结果证明,该控制方法在简化传统非线性控制方法的同时,能充分发挥UPFC的潮流控制性能,增强输电线路供电可靠性,提升电力系统的动、静态稳定性。

基于目标全息反馈的STATCOM/SMES非线性多目标协调控制

为实现静止同步补偿器(STATCOM)与超导磁储能系统(SMES)的有效集成,选用STATCOM的PMW控制角θ和STATCOM滞后系统电压角α为控制量,建立新型STATCOM/SMES装置数学模型,有效解决STATCOM有功功率补偿不足的问题;借助非线性多目标全息反馈控制原理,选取7个跟踪状态目标,完成STATCOM/SMES协调控制策略设计,得到包含全部控制目标反馈信息的非线性控制律u,并利用单机无穷大系统进行暂态仿真。仿真结果表明,该控制策略能充分发挥STATCOM/SMES装置的快速有功、无功功率补偿功能,改善发电机输出特性,保障电能传输质量,提升系统的动、静态协调控制性能。

同步发电机励磁与SCES多目标协调控制

考虑超级电容器储能装置的有功和无功补偿能力,提出同步发电机励磁控制与超级电容器储能装置(SCES)结合的多目标协调控制方案。首先,建立以同步发电机机端电压、有功功率和角速度,以及超级电容器储能装置注入点电压和其注入有功功率为控制目标,建立多目标方程组进行协调控制。其次,利用目标全息反馈非线性控制设计理念,对同步发电机励磁和超级电容器储能装置,进行非线性协调控制设计,确保上述物理量均具有良好的静、动态性能。最后,通过软件仿真验证了所提思路的正确性。

基于目标全息反馈的Back-stepping自适应励磁控制器的研究

针对实际中含有较多的状态变量,通过目标全息反馈法将实际中比较关系放至同一个状态方程中,根据新的状态方程,逐步设计对应的李雅普诺夫函数,根据函数的正定性和导数的负定性来保证系统的稳定性。由于控制函数的表达式中含有较多的系统参数,设计了二阶的扩张状态跟踪器来跟踪和补偿这些扰动,保证系统的鲁棒性。

多机系统中STATCOM与发电机励磁的非线性分散协调控制设计

针对含静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的多机系统中,STATCOM与发电机励磁协调控制问题,引用目标全息反馈方法,进行非线性协调控制设计。首先,建立了多机系统下含STATCOM的微分代数模型;其次,运用目标全息反馈方法,设计出STATCOM与励磁的分散协调控制律。该控制律仅需要测量控制对象的本地物理量,不需要采集异地物理量,具有很好的鲁棒性。控制律设计过程中发现,目标全息反馈方法不仅适用于非线性微分系统的控制问题,同样适用于非线性微分代数系统控制律的设计。最后,以3机9节点系统为例,进行仿真验证所提方案的有效性。仿真结果表明,多种扰动类型下,该控制律不仅能很好改善系统功角稳定,而且能保证发电机端电压和STATCOM连接点电压快速实现无差调节。

水轮发电机组励磁与水门协调控制设计

针对水轮发电机组的励磁与水门协调控制问题,运用目标全息反馈法,进行非线性控制设计。首先,以微分几何法为例,分析了目前水轮发电机组控制设计中存在的问题,并阐述其存在该问题的根本原因。其次,将水轮机及引水系统的二阶模型,用状态空间描述,进行零动态稳定性分析,以便将水轮发电机组控制系统降阶处理。然后,在分析水轮发电机组控制需求的基础上,构建控制目标方程,进行目标全息反馈非线性控制设计,提出水轮发电机组励磁与水门非线性协调控制方案,确保水轮发电机组的电压调节特性和功率调节特性。最后,通过仿真验证所提方案的有效性。

提高电力系统稳定性的直流附加阻尼与发电机励磁非线性协调控制

直流附加阻尼控制通常是利用有功功率或频率进行调制,控制目标单一,且不考虑与励磁控制的协调,导致有些情况下不能取得满意的控制效果。为此,该文提出一种协调直流附加阻尼和发电机励磁的微分代数多目标全息反馈非线性控制方法。该方法通过合理确定目标函数并由目标函数构建符合Brunovsky标准型的多目标方程,将非线性空间控制问题转换到线性空间设计;通过对目标函数求导数建立线性空间控制律和非线性空间控制律的等效映射,从而实现对非线性系统目标量的镇定,使其以良好的动态性能达到期望的稳定运行轨迹。将该方法应用于典型四机两区域交直流混合输电系统,设计直流附加阻尼和发电机励磁的非线性协调控制器。仿真结果表明,所设计的控制器在负荷扰动或发生严重短路故障时,均能够通过快速功率和励磁控制稳定系统功角、频率和电压,有效提高系统的稳定性和控制鲁棒性。