基于H_∞方法的电力系统小干扰稳定性分析研究

论文摘要

电力工业是国民经济的命脉,而电力系统的安全稳定运行是电力工业发挥作用的不可或缺的重要保障。随着我国三峡电厂、西电东送等重大工程的建成,全国性互联电网即将形成。而由联网带来的安全稳定问题,尤其是小干扰稳定问题,是近年来在大型互联电网中出现得越来越频繁且危害面越来越广的急需解决的重大课题。本文致力于利用先进的鲁棒控制理论分析电力系统小干扰稳定问题,提出能够有效抑制低频振荡、提高系统小干扰稳定水平的控制措施。论文的主要工作如下:(1)结合电力系统工程背景,介绍了H∞控制理论的基本概念和H∞控制器的设计原理,系统阐述了H∞理论应用于小干扰稳定分析的必要性和可行性,提出了基于H∞的小干扰稳定分析方法。(2)基于绝对和相对功角坐标的多机系统近似线性化模型,建立了考虑外界干扰的多机系统小干扰稳定分析模型。(3)根据H∞控制器设计原理,设计了多机系统分散鲁棒励磁控制器,该控制器使得闭环系统在阻尼比、广义阻尼和H∞范数等分析指标方面明显优于现有的线性最优控制方法。此外,所设计的控制律独立于网络参数,且只含局部量测量,因而对网络参数和结构变化具有较强的自适应能力,便于实际工程应用。(4)分析了多机系统分散鲁棒励磁控制器设计中所涉及的关键参数的变化对闭环系统各项指标的影响,这些指标主要包括闭环系统阻尼比、广义阻尼和H∞范数。分析结果对鲁棒励磁控制器的参数辨识及优化配置有重要的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 小干扰稳定性分析方法概述
• 1.2.1 线性方法
• 1.2.2 非线性方法
• 1.3 提高小干扰稳定性的主要控制手段
• 1.3.1 发电机励磁控制技术
• 1.3.2 FACTS 装置阻尼低频振荡
• 1.3.3 电网结构的优化以及直流输电技术的应用
• 1.4 问题的提出
• 1.5 论文主要工作
• ∞控制设计原理'>第2章 H∞控制设计原理
• 2.1 鲁棒控制概述
• ∞控制基本概念'>2.2 H_∞控制基本概念
• ∞范数'>2.2.1 H_∞范数
• 2 增益问题'>2.2.2 L₂增益问题
• ∞控制问题'>2.2.3 标准H_∞控制问题
• 2.2.4 鲁棒稳定性分析时域方法
• ∞状态反馈控制器'>2.3 H_∞状态反馈控制器
• ∞设计'>2.3.1 静态状态反馈H_∞设计
• ∞状态反馈设计'>2.3.2 鲁棒H_∞状态反馈设计
• ∞控制用于小干扰稳定分析的可行性'>2.4 H_∞控制用于小干扰稳定分析的可行性
• 2.5 小结
• 第3章 多机系统小干扰稳定性分析模型
• 3.1 多机系统小干扰稳定性分析控制一般模型
• 3.1.1 绝对功角坐标系下系统线性化模型
• 3.1.2 相对功角坐标系下系统线性化模型
• 3.2 带干扰的多机系统小干扰稳定性分析控制模型
• 3.3 小结
• 第4章 鲁棒阻尼控制器设计及其效果分析
• 4.1 多机系统物理模型
• 4.2 基于线性系统理论的最优阻尼控制器设计
• ∞理论的鲁棒阻尼控制器设计'>4.3 基于H_∞理论的鲁棒阻尼控制器设计
• 4.3.1 带有干扰的系统建模
• 4.3.2 权矩阵的选取
• 4.3.3 鲁棒阻尼控制器设计
• 4.4 控制器效果
• 4.4.1 系统特征值与低频振荡模式阻尼比
• 4.4.2 系统广义阻尼
• ∞范数'>4.4.3 系统传递函数的H_∞范数
• 4.5 控制器参数优化配置分析
• 4.5.1 γ的选取
• li 的选取'>4.5.2 b_li的选取
• iq的选取'>4.5.3 c_iq的选取
• ω的选取'>4.5.4 c_ω的选取
• δ的选取'>4.5.5 c_δ的选取
• 4.6 小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A MFILE（求解RICCATI 方程）
• 附录B MFILE（励磁控制效果对比）
• 附录C MFILE（关键参数对系统性能影响分析）
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果