基于微分代数模型的AC/DC系统非线性控制器设计

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。

单输入单输出微分代数系统的多指标非线性控制方法

针对含隐函数的单输入单输出微分代数系统,提出多指标非线性控制设计方法,以确保各状态量均具有良好的动、静态性能。借助于哈特曼–格鲁勃曼(Hartman-Grobman)定理推证非线性微分代数系统对应的一次近似系统的特征根与输出函数中参数矩阵(c1,c2)之间的关系,从而揭示了该方法的实质。将该方法应用于非线性微分代数模型的发电机单机无穷大系统中,设计了一个多指标的非线性励磁控制律。仿真表明:该控制律既能增强系统的稳定性,又能提高发电机机端电压控制精度,使各个状态量快速地追踪其给定值。说明该方法能有效地解决微分代数系统的动、静态性能的协调问题。

电力系统中微分代数模型的非线性控制

首次提出了用于控制微分代数系统的反馈线性化技术理论和方法 ,类似于经典的微分几何理论中的定义和定理 ,给出关于微分代数系统的M导数、M括号等一些新的定义 ,并给出了有关微分代数系统控制的一系列新结果 ,进一步拓广了非线性系统几何理论的应用范围。考虑到大多数电力系统模型都是采用微分代数模型 ,而且电力系统的负荷往往是电压和频率的非线性表达式 ,另外在实际工程中也常基金项目 :国家重点基础研究发展规划项目 (G19980 2 0 30 0 ) ;中国博士后基金资助项目。ProjectSupportedbySpecialFundoftheNationalPriorityBasicResearch(G19980 2 0 30 0 ) .常遇到求非线性微分代数方程的最优控制解 ,引入微分代数系统的M导数、M括号等定义可较好地解决这类控制问题。利用控制微分代数系统的反馈线性化技术 ,能很好地应用于具有非线性负荷的电力系统非线性励磁控制的设计 。

基于受控微分—代数系统灵敏度分析的紧急控制

基于时域仿真得到的系统受扰轨迹给出了暂稳紧急控制的非线性规划模型 ,该模型采用一种启发式的功角积分型指标构成稳定约束。通过引入受控非线性微分—代数系统灵敏度分析求出所定义的功角积分型指标对控制变量的梯度后 ,给出了所建立的暂稳紧急控制非线性规划模型的2种求解方法 :近似规划算法和拟贪婪算法。所提出的暂稳紧急控制模型与时域仿真具有同等的模型适应性。对多机系统切机 /切负荷暂稳紧急控制的数值仿真表明 。

多体系统动力学微分/代数方程组数值方法

多体系统动力学微分/代数混合方程组又称 EuIer-Lagrange 方程,是近十年来动力学和计算数学领域研究的热点之一.本文对这两个领域中引入的传统的数值积分方法与新的理论做了介绍.

非线性微分-代数子系统的逆系统的构造

对于一类非线性微分-代数(Differential-algebraic equation,DAE)子系统,将非线性常微分方程(Ordinary differ- ential equation,ODE)系统的逆系统方法进行了完全扩展,首先对此类非线性DAE子系统提出的物理背景和系统特性进行了详细阐述,然后给出了非线性DAE子系统的逆系统定义,包括单位右逆系统和α阶积分右逆系统,接下来提出一种递归算法,利用此算法给出了被控系统可逆的充要条件,并构造了物理可实现的控制器,实现了非线性DAE子系统的线性化解耦,最后基于本文所提出的控制方法,研究了电力系统同步发电机组励磁汽门综合控制的线性化解耦问题。

电力系统微分代数模型奇异诱导分岔分析

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。

多体系统动力学微分/代数方程约束误差小扰动自我稳定方法

多体系统动力学微分／ 代数混合方程组又称为Ｅｕｌｅｒ＿Ｌａｇｒａｎｇｅ 方程· 其数值积分的困难之一是由违约引起的数值不稳定· 基于对约束方程左部的Ｔｙｌｏｒ 展开， 根据积分步长提出了一种能对约束误差自动修正的小扰动违约稳定方法· 该方法大大改善了传统违约修正法的数值性态，并具有简单、实用、高效的特点· 最后对该方法与传统增广方法及其违约修正方法进行了数值比较·

电力系统微分代数模型的奇异性和暂态电压稳定

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。

电力系统微分代数模型奇异诱导分岔点的搜索及其理论分析

拓展了已有的奇异诱导分岔定理的结论,提出了当参数变化时如何追踪奇异诱导分岔点的方法。该方法表明,如果搜索到某一参数下的奇异点而且知道对应的修正项,那么就可以简单地通过只改变发电机节点的注入功率而保持负荷节点的功率注入不变的方法准确地追踪到另外一 个参数值下的奇异诱导分岔点。最后用简单示例系统和IEEE 118系统对前面的方法进行了验证,仿真结果表明该方法的有效性和合理性。

非线性微分代数系统的稳定性

本文发展了微分代数系统的稳定性理论 ,讨论了微分代数系统在平衡点近旁的正则性问题 ,给出其在平衡点处的受限形式 ,建立了受限系统Lyapunov稳定性的基本定理 ,得到了微分代数系统平凡解渐近稳定的判别准则 .

非线性微分-代数子系统的反步控制及应用

许多实际被控对象往往是大系统中的一个非线性微分-代数子系统。对于指数1且关联可测的非线性微分-代数子系统,分两步给出了其反步镇定控制方法,并应用于电力系统元件分散控制。第一步提出了非线性微分-代数子系统的一致相对阶概念,给出了模型等价转化的条件,将非线性微分-代数子系统模型等价转化为"受限"非线性常微分方程系统模型。第二步基于等价模型,利用反步控制方法构造出控制器,使得闭环系统渐近稳定。最后研究了多机电力系统中的同步发电机汽门控制功角问题并进行了仿真,仿真结果表明了所提方法的有效性。

一种求解多体系统微分-代数方程的拉格朗日乘子方法

本文给出了一种求解多体系统动力学微分 代数混合方程组 (DAES)的拉格朗日乘子方法。该法将时间按照Newmark差分格式进行离散化 ,位移约束方程 (完整约束 )按照泰勒级数展开 ,与动力学方程及速度约束方程 (非完整约束 )组合进行迭代求解。求解中位移约束的满足保证了速度、加速度约束的自动满足 ,从而无须进行违约修正。由于该方法对约束方程没有特殊要求 ,而且无须进行违约修正 ,从而保证了该方法对于一般多体系统动力学微分 代数方程求解的稳定性和适用性。本文求解了多体系统动力学中的一个七杆机构标准考题[1] ,与文献 [1]中的结果及ADAMS/ 10 1的计算结果比较表明 。

微分代数混杂系统稳定性及其在电力系统中的应用

结合混杂系统的一般定义,把各子系统不是由纯微分方程(ODE)描述,而是由微分代数方程(DAE)描述的混杂系统定义为微分代数混杂系统(DAHS),给出了DAHS模型的一般形式,继而,提出了DAHS的稳定性理论框架,利用多李雅普诺夫函数法得出了此类混杂系统稳定性及渐近稳定性的一般性结论。在抽象概括电力系统模型的基础上,指出电力系统为典型的混杂系统。最后的仿真结果表明,所提出的微分代数混杂系统的渐近稳定性结论可以成功地应用于电力系统电压稳定性问题的研究。

非线性微分-代数系统的输出反馈镇定控制

对满足线性增长条件的非线性微分-代数系统,研究了其输出反馈镇定控制问题.通过将状态观测器与控制器耦合在一起设计,构造出一种非初始化的线性高增益状态观测器,具有良好的鲁棒性.基于反推设计方法构造出一个线性的动态输出补偿器,使得整个闭环系统是渐近稳定的.仿真结果验证了本文所提控制方法的有效性.

非线性微分–代数系统的输出反馈镇定:基于线性采样控制

对满足指数1和线性增长条件的非线性微分–代数系统,本文证明其采样输出反馈镇定控制问题可解.首先,给出一个线性显式非初始化状态观测器设计;然后,构造出线性的采样输出反馈控制器,使得整个闭环系统渐近稳定.仿真结果表明了所提控制方法的有效性.

基于完全笛卡尔坐标的多体系统微分-代数方程符号线性化方法

多体系统动力学方程分为两类形式,即微分方程和微分-代数方程。这两类方程都是针对大位移系统,并且方程呈强非线性。为研究多体系统小位移或振动问题,从多体系统动力学方程出发,讨论微分-代数方程线性化计算机代数问题。利用完全笛卡尔坐标描述多刚体系统,建立多刚体系统动力学微分-代数方程。利用逐步线性化方法和计算机代数,分别对多体系统微分-代数方程的广义质量阵,约束方程和广义力阵在平衡位置附近进行Taylor展开。给出一种基于完全笛卡尔坐标的多体系统动力学微分-代数方程符号线性化方法。最后通过两个算例验证该方法的有效性。

基于神经网络方法的不确定非线性微分-代数子系统的鲁棒反推镇定控制

对于指数1且关联可测的不确定非线性微分-代数子系统,将反推方法和神经网络相结合,研究了其鲁棒渐近镇定控制问题.基于反推方法来构造镇定控制器,利用3层的神经网络来逼近每一步控制器构造过程中的不确定项.提出一种新的自适应算法对神经网络权值进行在线调节,并适当选取每一步虚拟控制器的参数,最终得到的控制器使得闭环系统是渐近稳定的.

基于微分代数系统的STATCOM与发电机励磁的多指标非线性协调控制(英文)

从静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的内部结构入手,选用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控制模型,可有效克服以往STATCOM模型需假设强约束条件的缺点。基于微分代数系统,结合多指标非线性控制(multi-index nonlinear control,MNC)设计理念,完成STATCOM与凸极式发电机励磁的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。仿真结果同线性最优控制法进行对比,表明本文所设计的6阶协调控制模型是合理而有效的;利用MNC法设计的协调控制策略能有效提升系统的动、静态性能。

多输入多输出微分代数系统的多目标反馈非线性控制方法

针对多输入多输出微分代数非线性系统,提出多目标反馈非线性控制设计方法(nonlinearcontroldesignmethod withmulti-objectivefeedbacks,NCMOF)。该方法将所关心的控制目标量转换到线性空间,使推导出的反馈控制律包含所有目标量的反馈信息,实现多目标反馈控制。根据Hartman-Grobman定理,将NCMOF应用于线性控制系统,推证出非线性控制设计方法的实质:通过改变非线性反馈控制律参数来调整系统的极点配置,以获得良好的系统控制性能。将NCMOF应用于含STATCOM的3机9节点电力系统,设计一类仅需要本地信息量的分散协调非线性控制律。仿真结果表明,所设计的控制规律既能提高系统的稳定性和改善系统各状态量的动态响应特性,也能准确控制发电机机端电压、有功功率和STATCOM接入点电压等目标量在其给定值上运行,有效协调系统的动、静态性能。