电力系统的非线性控制

电力系统非线性控制

摘要

本文首先简单回顾电力系统非线性控制，包括其理论、方法、实现手段，并对各种非线性控制作简单的评测；接着简单介绍现今电力系统非线性控制面临的挑战；最后总结未来电力系统非线性控制的要求，进而讨论电力系统智能控制的发展，从而引出几种新的控制方法。

关键词：电力系统，非线性控制，智能控制

The Nonlinear Control of Power Systems

Abstract

This article first briefly review the nonlinear control of power system.Including its theory, methods, and means of achieving.And a variety of nonlinear control for a simple evaluation.Then brief description the challenges of today's power system nonlinear control.Concluded the future requirements of power system nonlinear control.Then discussed the development of intelligent control of power system，which leads to several new control method.

Keywords：Power system，Nonlinear control，Intelligent Control

引言

电力系统：由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统。现如今电力系统给人们带来显著经济效益和社会效益的同时，其庞大的规模与复杂的运行特性是一个不得不考虑的问题：如何发展、利用新的技术、方法，有效地对大系统进行非线性控制，保证全国电网的稳定运行、提高系统的稳定水平与供电质量。这些问题都值得我们深入研究。

首先：电力部门对提高电力系统的安全稳定性做了大量工作，如：加强电力系统规划和运行管理，制定和健全有关规范、标准；加强电网建设，改善电网结构；改进继电保护装置的性能和设置，提高切除故障的速度和可靠性；加强电网安全稳定分析，积极推进安全稳定非线性控制技术的开发和应用[2]。

其次：电力系统非线性控制在电力系统中几乎无所不在：发电机组、锅炉、燃气轮机、给水系统等等，但无论何种形式的非线性控制、采用什么样的非线性控制方法、非线性控制的对象是什么，非线性控制的目的都是使整个系统安全稳定的运作。

可见非线性控制对电力系统能够安全稳定运行起着至关重要的作用。

电力系统规模在不断发展，非线性控制方法同样也在发展。像人工神经网络、模糊控制、专家系统、综合智能控制等控制方法的完善与逐步应用为改进、提高现今电力系统非线性控制提供了基础与有利条件。

1.电力系统的非线性控制

1.1 Lyapuno直接法

Lyapuno直接法建立在原有非线性系统之上，具有严格的理论基础和清晰的物理意义。但该方法没有给出构造Lyapunov函数的一般方法，而且一般的系统可能存在多个Lyapunov函数。因此构造Lyapunov函数在高维、强非线性电力系统中是件非常困难的事，故常常将它与其它一些非线性控制方法结合起来设计系统的控制器。

1.2鲁棒控制

电网中由于一部分能量形式消耗在电阻元件或线路里，显然，它是较典型的耗散系统。而耗散性与系统的稳定性有直接的关联。要保证系统稳定的前提下最

大程度地降低干扰对输出的影响，即使系统对干扰具有最强的鲁棒性。

H ∞鲁棒控制原理可简单归纳如下：

对一个线性系统

1,,,,n m

r X AX BU PW X R U R e CX QW W R e R =++∈∈=+∈∈

设在0W =时系统是稳定的，且[,]T Z e u 。传递函数矩阵()zw T s 的H ∞范数为

0000(())supsup

r zw zw w R T f t W T W ω∞≤<∞∈=

01,02,0,[...,]T

r W w w w =为各次干扰谐波的幅值向量。如果有一控制策略*U 使 ,0

ZW H Z γγ∞∞=≤>为一足够小的正数，则称*U 是H ∞的最优控制。 对仿射非线性系统

12()()()()(),,n m r X f X g X W g X U

Z h X K X U

X R U R W R =++=+∈∈∈

寻求一个控制*U 使得在0X =闭环系统是渐进稳定的，同时使上述系统以W

为输入，罚函数向量Z 为输出的系统满足下列不等式

2220(()())0T

Z t W t dt γ-≤⎰

一般很难获得H ∞控制问题的最优解，转而去寻找H ∞控制的次最优解。 以上系统即称为非线性H ∞控制系统或非线性鲁棒控制系统。可以看出上述积分体现了系统的输入对输出的影响限制在一定范围内。H ∞鲁棒控制不仅具有处理多变量问题的能力，而且与线性二次高斯最优控制不同，它可解决具有建模误差，参数不确定和干扰未知系统的非线性控制问题，并直接解决鲁棒控制问题。H ∞算法具有较好的直观性及严格的数学基础。此外，H ∞控制经较简单的运算便可使系统具有良好的性能。在H ∞控制的应用上，目前主要还是线性系统及仿射非线性系统。应当指出，好的鲁棒控制应能对结构方面的问题作出考虑，但H ∞控制方法不能顾及信息类型，为此许多学者在H ∞鲁棒控制中引入L 综合及自适应非线性控制对H ∞控制进行修正并取得了较好的结果。

在进行电力系统H ∞鲁棒控制设计时，如何采用系统化的方法来对权函数进