基于结构保留模型的SVC非线性最优控制器设计.pdf

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1、第31卷第1期东北电力大学学报Vo1．31，No．12011年2月JournalOfNortheastDianliUniversityFeb．．201l文章编号：1005—2992(2011)01—0017—07基于结构保留模型的SVC非线性最优控制器设计李卫国，陈洁2，徐双3，邓超。(1．东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012；2．国电南京自动化股份有限公司，江苏南京211100；3．随州供电公司，湖北随州1300)摘要：针对静止无功补偿器(SVC)抑制区域间低频振荡的性能受负荷特性影响的特点，在电力系统结构保留模型的基础上，提出一种结构保留模型反馈线性化的新

2、方法。该方法基于电力系统微分代数模型，在系统关系数等于状态变量个数的条件下，可得出电力系统结构保留模型反馈线性化的能控标准型。充分考虑电力系统非线性静态负荷和母线电压对SVC附加控制的影响，将结构保留模型的反馈线性化方法应用到SVC的非线性控制器设计中，设计出相应的附加控制策略。仿真结果表明所设计的非线性附加控制器具有较好的阻尼特性，在有效提高系统动态稳定性的同时改善了系统电压稳定性。关键词：SVC；结构保留模型；反馈线性化；附加控制策略中图分类号：TM76文献标识码：A随着区域问电网互联规模的扩大，电力系统低频振荡问题更趋复杂，区域间低频振荡对电网安全稳定运行所带来的

3、危害日益加剧nI3]。利用电力系统稳定控制器(PSS)可有效提高系统阻尼，抑制低频振荡，而PSS多采用发电机的转速偏差、过剩功率、机压母线频率等局部信号作为控制输入，对抑制区域内低频振荡效果显著，但不能有效改善区域间低频振荡J。FACTS装置在电力系统中的广泛应用，为抑制区域间低频振荡提供了新思路]。SVC是一种并联型FACTS装置，其主要作用是为系统提供无功支持和电压控制，同时利用SVC的附加控制功能，还可进一步提高电力系统的电气阻尼。传统的SVC附加控制器大多基于经典控制理论设计，这些控制方法在电力系统中已经得到了广泛应用。然而这些控制方法大都是围绕一个稳态运行点邻

4、域内的线性模型设计，故只适用于在特定的运行点邻域内。当系统受参数变化、网络扰动等不确定因素影响时，系统实际运行点有可能远离所设计的运行点，控制效果将受到减弱和限制，甚至在控制参数选择不当的情况下，有可能对系统稳定运行产生不良影响。近年来模糊控制、自适应控制及变结构控制等非线性控制策略在SVC附加控制器的设计中取得了一一些进展，使得SVC可在较广的运行范围内改善电力系统的动态稳定性。然而，SVC的控制效果受电力系统负荷特性的影响显著J，上述控制器大多基于电力系统的微分模型设计，忽略了电力系统的强非线性代数方程的影响，因此研究基于电力系统结构保留模型的SVC附加阻尼控制器设

5、计是十分有意义的。本文基于电力系统的结构保留模型，将结构保留模型反馈线性化方法应用到SVC的非线性附加控制器设计中，计及系统网络结构、负荷对SVC阻尼特性的影响，推导出基于结构保留模型的SVC非线性控制策略，最后对本文的SVC附加控制策略进行了仿真验证。收稿日期：2010—1l一15作者简介：李卫国(1970一)，男，东北电力大学电气工程学院输变电运行中心试验工程师，研究方向：电力系统稳定性分析与控制、智能变电站．l8东北电力大学学报第3O卷1结构保留模型反馈线性化原理含控制系统的电力系统结构保留模型可表示为：fo(，A)，{=厂(，A)十g(x，A)，(1)【，，=^

6、(，)，式中：∈R“为状态向量；y∈穴为输出向量；Ⅱ∈R为控制向量；A=[A1，A2，⋯，A]∈R为代数向量；f：R×R一R、：R×R一R和^：R×R一R分别为n维、z维和m维光滑向量场，g：R×R一R的向量场；(，A)为一个多项式向量场。假定在C尺×R内，矩阵非奇异，由隐函数定理知：Ox：一f＼1，～O_qax_，’v。(、，’A⋯)∈‘⋯，(、2)定义h(x，A)沿向量场，A)方向的导数定义为：=Vh(x，A)I厂(，A)，(3)式中，(，A)梯度为：Vh(，A)=以hO+OhaA=Oh一()地Ox。式(3)可进一步表示为：<^，f>=

7、一[()～If'(4)由式(4)可知，函数h(x，A)沿向量场，A)方向的导数由两部分组成：第一部分为h(x，A)沿向量场，(，A)方向的Lie导数；第二部分为h(，A)隐含状态变量项沿向量场，A)方向的导数。同理，h(x，A)沿向量场_厂(，A)方向的尼阶导数可表示为：=<，f>，(5)向量场g沿向量场厂方向的导数表示为：[f，g]=一，(6)类似于Lie关系度的定义，式(1)所示的非线性系统在(，A)∈内，矩阵r“，g1>⋯<<1，f>“，g>]lL；‘．I，(7)<<