电力系统非线性动力学行为分析与控制

论文题目: 电力系统非线性动力学行为分析与控制

论文类型: 博士论文

论文专业: 控制科学与工程

作者: 王宝华

导师: 杨成梧

关键词: 非线性系统,分岔,混沌,逆推控制,自适应控制,鲁棒控制,电力系统稳定性,数值仿真

文献来源: 南京理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 电力系统非线性动力学行为分析与控制要研究电力系统中发生的分岔、混沌现象及其与电力系统中非线性振荡、次同步谐振以及电压崩溃的关系,研究电力系统分岔、混沌的控制策略以确保电力系统的稳定性,因此,它成为了电力系统稳定与控制的研究热点。本文在总结了当前电力系统非线性动力学行为分析与控制研究现状的基础上,对电力系统的分岔、混沌现象进行了分析,提出了相应的控制策略,同时对能够消除或抑制电力系统分岔和混沌现象的有关装置进行了非线性控制器的设计。主要内容如下: (1)针对不确定连续混沌系统提出了状态观测器结合非线性H_∞鲁棒控制器的混沌系统稳定化控制策略,确保控制器在系统状态不能全部测量的情况下对干扰的鲁棒性;运用多变量逆推自适应控制方法设计了参数不确定混沌系统的稳定化控制器。 (2)运用自适应控制律与非线性反馈控制相结合设计了参数不确定非线性系统的Hopf分岔控制器,消除了非线性系统的Hopf分岔现象,而且控制器与系统参数的变化范围无关。 (3)运用Melnikov方法分析了受周期性负荷扰动简单电力系统发生混沌振荡的条件,利用逆系统方法、自适应Backstepping控制方法、最优自适应控制方法来稳定电力系统。 (4)运用线性反馈控制方法设计了简单电力系统的静态分岔控制器;运用Hopf分岔的定义或Hopf分岔的代数判据研究了含电压调节器(AVR)的单机无穷大系统发生Hopf分岔的条件和其实际含义,提出了Hopf分岔控制器的设计方法;针对面向电压稳定分析的简单电力系统模型,提出分岔控制的方法,从而提高电压的稳定域,延迟电压崩溃。 (5)运用自适应逆推方法设计了电力系统的非线性控制器来提高电力系统稳定性。这些控制器是发电机的励磁控制器、发电机励磁和汽门开度的综合控制器、TCSC稳定控制器以及多机系统TCSC鲁棒控制器。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 引言

1.2 电力系统分岔与混沌研究现状

1.2.1 电力系统分岔现象的研究

1.2.2 电力系统混沌现象研究

1.2.3 电力系统非线性振荡、次同步谐振、混沌振荡和电压稳定控制

1.2.4 混沌理论在电力系统短期负荷预报中的应用

1.3 混沌稳定化控制的研究现状

1.3.1 OGY方法

1.3.2 混沌系统的反馈控制

1.3.3 自适应控制

1.3.4 智能控制

1.3.5 基于状态观测器的混沌控制

1.3.6 混沌系统的分岔控制

1.4 电力系统非线性控制的研究现状

1.4.1 精确反馈线性化方法

1.4.2 非线性H_∞控制

1.4.3 变结构控制

1.4.4 Lyapunov直接控制方法

1.4.5 Backstepping控制

1.4.6 基于能量的控制方法

1.4.7 自适应控制

1.5 电力系统非线性动力学行为分析与控制研究的方向

1.6 全文安排

2 不确定连续混沌系统的稳定化控制

2.1 引言

2.2 混沌控制及其特点

2.3 基于状态观测器的一类混沌系统的非线性鲁棒控制

2.3.1 非线性系统的H_∞状态反馈控制器设计

2.3.2 状态观测器及其设计

2.3.3 数值仿真

2.3.4 基于Kalman滤波的最优估计

2.3.5 讨论

2.4 不确定R(o|¨)ssler系统的多变量自适应逆推控制器设计

2.4.1 R(o|¨)ssler系统描述

2.4.2 自适应逆推控制器设计

2.4.3 数值仿真分析

2.5 小结

3 电力系统混沌振荡分析与控制

3.1 引言

3.2 简单电力系统在周期性负荷扰动下的混沌振荡分析

3.2.1 数学模型

3.2.2 同宿轨道

3.2.3 混沌振荡的产生条件

3.2.4 数值分析

3.3 电力系统混沌振荡的逆系统方法控制

3.3.1 逆系统方法

3.3.2 基于逆系统方法的混沌振荡控制器设计

3.3.3 数值仿真

3.3.4 控制器有效性原因分析及其优缺点

3.4 电力系统混沌振荡的自适应Backstepping控制

3.4.1 F值确定的电力系统混沌振荡Backstepping控制

3.4.2 F值不确定的电力系统混沌振荡自适应Backstepping控制

3.4.3 数值仿真分析

3.5 电力系统混沌振荡的自适应最优控制

3.5.1 非线性最优控制器设计

3.5.2 自适应最优控制器设计

3.5.3 数值仿真分析

3.6 小结

4 电力系统分岔分析与控制

4.1 引言

4.2 三种典型分岔

4.2.1 三种典型分岔的描述

4.2.2 静态分岔

4.2.3 Hopf分岔理论

4.3 Hopf分岔自适应控制

4.3.1 Van der pol振子的自适应Hopf分岔控制器设计

4.3.2 亚临界Hopf分岔自适应控制器的设计

4.3.3 数值仿真

4.4 电力系统静态分岔控制

4.4.1 简单电力系统模型

4.4.2 简单电力系统鞍结点分岔的控制

4.4.3 数值仿真分析

4.5 电力系统Hopf分岔分析与控制

4.5.1 基于三阶模型的单机无穷大系统Hopf分岔分析

4.5.2 基于四阶模型的单机无穷大系统Hopf分岔分析

4.5.3 基于wash-out滤波器的电力系统Hopf分岔控制

4.5.4 基于线性和非线性反馈的电力系统Hopf分岔控制

4.6 面向电压稳定分析模型的电力系统分岔分析与控制

4.6.1 面向电压稳定分析的简单电力系统模型及分岔现象

4.6.2 分岔控制器设计

4.7 小结

5 电力系统自适应逆推控制

5.1 引言

5.2 电力系统线性控制与非线性控制

5.3 自适应逆推励磁控制器设计

5.3.1 反馈线性化的系统模型

5.3.2 自适应逆推控制器设计

5.3.3 仿真

5.3.4 讨论

5.4 发电机的非线性自适应逆推综合控制

5.4.1 发电机励磁与汽门系统的数学模型

5.4.2 非线性自适应逆推控制器的设计

5.4.3 仿真研究

5.4.4 讨论

5.5 TCSC自适应逆推控制器设计

5.5.1 含TCSC的单机无穷大系统模型

5.5.2 逆推自适应控制器设计

5.5.3 数值仿真

5.6 多机系统TCSC逆推鲁棒控制器设计

5.6.1 系统模型

5.6.2 逆推鲁棒控制器设计

5.6.3 数值仿真

5.7 小结

6 结束语

致谢

参考文献

作者攻读博士学位期间撰写与发表的论文

发布时间: 2005-09-12

参考文献

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电力系统非线性动力学行为分析与控制

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