基于现代内点非线性规划的复杂电力系统最优励磁控制研究

论文摘要

发电机励磁控制是电力系统中最为经济和最有效的控制手段之一。其技术的发展常取决于控制理论的发展。最优控制问题作为现代控制理论的核心，一直是研究的热点。在非线性控制方面，国内外的学者们取得了大量的成果。但对于电力系统这样复杂的非线性系统，找到其最优的控制规律是困难的。而在数学规划方面，一些成熟的方法，如现代内点理论，已应用到电力系统的最优潮流、机组投入、经济调度等多个问题，并取得了良好的效果。本文旨在研究将非线性规划理论运用于控制问题的建模与求解。将积分的控制目标用和式近似表示，作为目标函数。运用隐式积分方法，将控制系统的状态方程差分为等价的代数方程，包含在等式约束中。控制量的上下限幅作为不等式约束。这样，将最优控制问题直接转化为数学规划问题。使用成熟的现代内点理论来求解此规划问题。进而形成以现代内点理论处理最优控制问题的新思路。该思路适用于各种线性、非线性控制系统，并能确保控制系统在选定的性能指标下达到最优。以复杂电力系统励磁控制为研究对象，本文提出了基于现代内点理论的复杂电力系统励磁控制方法，并在复杂电力系统(6机22节点系统)上进行仿真以验证其有效性。文中分别以发电机机端电压及转速偏差和功角偏差为目标函数，研究了在系统受到机械输入功率扰动、机端电压调节扰动、瞬时性故障扰动或永久性故障扰动时，所提方法的控制效果并对其加以分析。同时与分散非线性干扰抑制励磁控制器进行了仿真比较。结果表明：在复杂电力系统受到多种扰动的情况下，所提方法能使系统具有良好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 发电机励磁研究的意义
• 1.2 励磁控制系统的发展评述
• 1.2.1 励磁方式的改进
• 1.2.2 励磁控制方法的发展
• 1.3 本文的主要研究内容及意义
• 第二章 基于非线性规划的最优控制方法
• 2.1 非线性系统最优控制数学模型
• 2.2 非线性规划数学模型
• 2.3 最优控制非线性规划方法思想
• 2.4 小结
• 第三章 现代内点理论
• 3.1 现代内点理论的背景
• 3.2 现代内点理论的分类和应用
• 3.3 基于扰动KKT条件的现代内点理论公式推导
• 3.4 基于扰动KKT条件的现代内点理论特点
• 3.5 小结
• 第四章 最优励磁控制的非线性规划模型与控制方法的实现
• 4.1 复杂电力系统励磁控制模型
• 4.2 复杂电力系统非线性规划模型
• 4.2.1 目标函数
• 4.2.2 等式约束
• 4.2.3 不等式约束
• 4.3 最优励磁控制非线性规划方法的实现
• 4.4 小结
• 第五章 仿真研究及结果分析
• 5.1 目标函数为发电机机端电压及转速偏差
• 5.1.1 机械输入功率扰动的仿真
• 5.1.2 机端电压调节扰动的仿真
• 5.1.3 瞬时性故障扰动的仿真
• 5.1.4 永久性故障扰动的仿真
• 5.2 目标函数为发电机功角偏差
• 5.2.1 机械输入功率扰动的仿真
• 5.2.2 瞬时性故障扰动的仿真
• 5.2.3 永久性故障扰动的仿真
• 5.3 与NDDEC仿真结果比较
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录 6机22节点电力系统结构及参数
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文与研究成果