具有状态和输入约束的电力系统非线性控制器的设计

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文具有状态和输入约束的电力系统非线性控制器的设计作者姓名：指导教师：申请学位级别：学科专业名称：论文提交日期：学位授予日期：评阅人：李欣井元伟教授东北大学信息科学与工程学院硕上学科类别：工学控制理论与控制工程2014年5月论文答辩日期：2014年6月答辩委员会主席：叶丹颜闽秀任涛东北大学2014年5月万方数据AThesisinControlTheoryandControlEngineeringDesignofNonlinearControlforPowerSystemsw

2、ithStateandInputConstraintsByLiXinSupervisor：ProfessorJingYuanweiNortheasternUniversityMay2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。学位论文作者签名：勘欠签字Ft期：加J牛

3、、5、z‘学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口学位论文作者签名：橛签字口期：硇乒．5、“万方数据东北大学硕士学位论文摘要具有状态和输入约束的电力系统非线性控制设计摘要电力系统是一个极其复杂的非线性动态系统，包含输配电线路和多种

4、设备，它们之问相互影响，相互联系而形成巨维数电力网络。随着电力工业的迅速发展，电网结构日益复杂和庞大，而实现安全、经济、可靠的供电是电力系统发展的必然趋势。而且，对于电力系统而言，主要的控制问题包括汽门开度控制和发电机励磁控制。本文综合考虑以上控制问题，基于Backstepping方法研究了励磁与汽门开度的协调控制问题。具体工作归纳如下：首先，描述了电力系统中基本控制问题，电力系统稳定性条件以及电力系统控制的研究意义及现状。并以发电机励磁和汽门非线性模型为基础，考虑系统受到的功率干扰和阻尼系数存在的不

5、确定，完善了系统的基础模型。其次，是发电机汽门开度系统控制器的设计。针对系统内部参数不确定，采用参数映射机制设计自适应律；针对模型的非线性利用Backstepping设计控制器；针对模型中的外界干扰，在设计过程中结合Minimax方法；对系统控制量幅值约束问题，引入了切换机制，保证了控制输入的有界性。然后，由于汽门设计过程中是假设励磁电势最优，f日在其设计过程中会对励磁电压造成影响，从两进一步研究了励磁和汽门丌度的协调控制问题。利用自适应Backstepping结合Minimax同时设计了励磁控制输入

6、和汽门控制输入，同样针对汽门控制输入的幅值约束问题，引入了切换机制。通过与传统控制器的对比仿真曲线，可见设计的控制器使系统响应时间较短，过渡过程更加平滑，对干扰有较强不敏感性，而且控制输入都在设定范围内。接下来，在以上研究内容的基础上，又考虑了系统状态幅值受限，设计了励磁和汽门协调控制器。根据状态的约束构造障碍Lyapunov函数，并利用自适应Backstepping结合Minimax，同时设计了励磁控制器和汽门控制器。针对汽门控制的幅值约束问题，引入了切换机制。解决了系统中参数不确定，外部干扰，状态

7、和输入受限的问题。通过仿真图，可以看出受限的状态没有超过受限范围，且其余状态都能稳定运行。最后，对全文工作进行结论并对未来的研究方向做出展望。关键词：励磁与汽门，Backstepping，Minimax，障碍Lyapunov，切换机制II万方数据DesignofNonlinearControlforPowerSystemswithStateandInputConstraintsAbstractPowersystemsareextremelycomplexnonlineardynamicsystems．

8、Theyincludetransmissionlinesandlotsofequipments．BecausetherearelotsofcontactsandinlCluencesbetweenthem，thedimensionsofpowersystemsarelarge．Withtherapiddevelopmentofpowerindustry，thepowersystemshavetherapidincreaseinthesizeandcomp