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基于广域测量系统的电力系统阻尼控制器设计

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第一章绪论

1.1电力工业发展的趋势-电网互联

1.2广域测量系统在互联电力系统中的应用

1.2.1 WAMS的结构

1.2.2 WAMS的发展及应用

1.3广域互联电力系统的低频振荡问题

1.3.1低频振荡产生的机理

1.3.2低频振荡的分析方法----线性理论

1.3.3低频振荡的分析方法----非线性理论

1.4区间低频振荡模式的抑制

1.5考虑模型不确定性的控制器设计方法

1.6电力系统广域控制中的时间延迟问题

1.7论文的主要工作

第二章电力系统的数学模型

2.1概述

2.2同步发电机

2.3负荷

2.4控制系统

2.4.1励磁系统

2.4.2电力系统稳定器

2.5电力网络的数学模型

2.5.1节点导纳矩阵

2.5.2机网接口

2.5.3发电机节点的处理

2.5.4负荷节点的处理

第三章基于广域信息及进化策略设计电力系统稳定器

3.1概述

3.2进化策略

3.3广域信息传输时延的分析及处理

3.3.1广域控制系统时延的引入

3.3.2时延的处理

3.4电力系统稳定器的设计

3.4.1考虑时延的多机系统缌睦化模型

3.4.2广域控制回路的选择

3.4.3应用进化策略优化PSS参数

3.5仿真结果

3.5.1系统分析

3.5.2时延对控制器效果的影响

3.5.3考虑时延设计的控制器

3.6本章小结

第四章基于广域信息及回路成形技术的H_阻尼控制器设计

4.1概述

4.2回路成形控制技术

4.3 H∞最优控制原理

4.3.1标准H∞控制问题

4.3.2混合灵敏度问题

4.3.3权函数的选择

4.4互质分解

4.4.1 RH∞上的互质分解

4.4.2正规互质分解

4.5基于广域信息的电力系统模型

4.5.1不考虑信号传输时延

4.5.2考虑信号传输时延

4.6 H_回路成形

4.6.1回路成形

4.6.2鲁棒镇定

4.6.3控制器的成形

4.6.4控制器的降阶处理

4.7仿真结果

4.7.1系统分析

4.7.2不考虑时延影响的控制器设计

4.7.3考虑时延影响的控制器设计

4.8本章小结

第五章基于LMI理论的电力系统广域状态反馈控制器设计

5.1概述

5.2线性矩阵不等式简介

5.2.1预备知识

5.2.2标准的线性矩阵不等式问题

5.2.3 Lyapunov稳定性与LMI的转换

5.2.4 μ分析问题

5.3应用LMI设计无记忆状态反馈H ∞控制器

5.4考虑时延的电力系统广域状态反馈控制器设计

5.5算例分析

5.6本章小结

第六章结论及展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致 谢

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摘要

本文针对制约大型互联电网跨区域送电能力提高的主要障碍--区域间低频振荡问题,在考虑广域信号传输时延的前提下,提出了几种基于同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)及广域测量系统(Wide-Area Measurement/Monitoring System,WAMS)的广域阻尼控制器的设计方法,为提高大型互联电力系统的动态性能进行了有益的探索。 (1)提出了一种基于进化策略的广域电力系统稳定器(PSS)设计方法。较为详细的分析了时延对系统稳定性的影响,并提出了时延的处理方法,使闭环系统变为不显含时延项的控制系统,并应用进化策略整定PSS参数。所得PSS控制器使系统的最大允许时间延迟增大,增强了系统对时延的鲁棒性。该方法能使控制系统不显含时延,从而可用无时延的分析与设计方法对系统进行分析。 (2)提出了基于H∞回路成形技术的广域H∞控制器的设计方法。由于实际电力系统中不可避免的存在多种不确定性,提高电力系统控制器的鲁棒性能成为一个重要的课题。文章在考虑广域信号传输时延的情况下,对开环电力系统状态空间模型,应用回路成形技术使线性化的开环电力系统模型具有期望的特性,采用规范互质分解理论对成形后的摄动系统模型进行鲁棒镇定控制器设计。与不考虑时延设计的控制器相比,该控制器不仅具有很好的阻尼特性及鲁棒性能,同时能使闭环系统容忍更大的时延。 (3)提出了基于线性矩阵不等式(LMI)理论的电力系统广域状态反馈控制器的设计方法。考虑到时滞系统控制精度的要求,有必要建立精确的显含时延项的数学模型(时滞系统模型)。另一方面,权函数的选择一直是H∞控制器的设计难点。文章根据实际电力系统的特点构造了部分状态含时延的广域状态反馈控制器,应用线性矩阵不等式理论提出了时滞依赖的稳定性条件,并对该问题进行了求解。根据该条件不仅能得到一组保证系统稳定的控制器,而且可以得到保证系统稳定的最大允许时间延迟。与H∞控制器的设计方法相比,此方法克服了权函数的选择这一难题,在方法上更具优越性。

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