非線性預(yù)測(cè)控制理念之電力體系穩(wěn)定儀設(shè)計(jì)

《非線性預(yù)測(cè)控制理念之電力體系穩(wěn)定儀設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。

1、非線性預(yù)測(cè)控制理念之電力體系穩(wěn)定儀設(shè)計(jì)1緒論1.1研究意義電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題可以分為三大類(lèi)[1,2]：電壓穩(wěn)定、功角穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定。另外,根據(jù)系統(tǒng)所受到的擾動(dòng)程度的大小，還可以將系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題分為小擾動(dòng)問(wèn)題和大擾動(dòng)問(wèn)題。小干擾穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在某一給定的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，遭受小擾動(dòng)后的漸進(jìn)穩(wěn)定性。小擾動(dòng)問(wèn)題通常有兩種表現(xiàn)形式：（1）滑行失步：由于發(fā)電機(jī)缺乏同步轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子角速度變得越來(lái)越快，最終失去同步；（2）振蕩失步：由于發(fā)電機(jī)缺乏有效的阻尼轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子角度振蕩的幅值越來(lái)越大，從而失去同步。因此，低頻振蕩問(wèn)題應(yīng)該屬于小擾動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題。在電力系統(tǒng)當(dāng)中，發(fā)電機(jī)是通過(guò)電力線

2、路并聯(lián)到一起的，當(dāng)系統(tǒng)受到干擾時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間就會(huì)相對(duì)搖擺，這將造成系統(tǒng)的振蕩。如果系統(tǒng)阻尼不足，振蕩不但不能有效抑制，甚至可能會(huì)不斷增幅振蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。同時(shí)，因?yàn)殡姽β实膫鬏斒峭ㄟ^(guò)輸電線路實(shí)現(xiàn)的，所以在線路上也會(huì)出現(xiàn)這種0.1~2.5Hz之間的功率振蕩現(xiàn)象，這就是低頻振蕩。它嚴(yán)重的影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。全國(guó)電網(wǎng)的互聯(lián)提高了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益，保證了供電的可靠性，但是，也帶來(lái)了動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題。在眾多問(wèn)題當(dāng)中，最容易發(fā)生的一種動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題就是低頻振蕩。它最突出的特點(diǎn)是：頻率低，周期長(zhǎng)，波及范圍比較廣。人們研究低頻振蕩并對(duì)它有一個(gè)正確的理解，經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。在

3、低頻振蕩沒(méi)有引發(fā)事故之前，各國(guó)對(duì)其都不是很重視，但是隨著發(fā)電機(jī)快速勵(lì)磁系統(tǒng)的普遍使用，導(dǎo)致系統(tǒng)的阻尼系數(shù)降低，世界各地都出現(xiàn)了低頻振蕩引發(fā)的事故，各國(guó)專(zhuān)家才開(kāi)始重新審視低頻振蕩問(wèn)題[3]。1.2電力系統(tǒng)穩(wěn)定器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀美國(guó)學(xué)者F.P.Demello和C.Concordia在1969年研究了造成低頻振蕩的原因，并提出把PSS作為附加控制單元，用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的控制，以達(dá)到抑制低頻振蕩的目的。PSS概念清晰、計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單、便于于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，所以在各國(guó)的電力系統(tǒng)當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。繼F.P.Demello和C.Concordia之后，有很多的研究人員對(duì)PSS進(jìn)行了研究、

4、設(shè)計(jì)，他們將控制理論中比較成熟的控制方法應(yīng)用于PSS的設(shè)計(jì)，其中包括：自適應(yīng)控制[6]，最優(yōu)控制[7]，變結(jié)構(gòu)控制[8,9]，軌跡靈敏度分析法[10]，Prony算法[11]，特征值配置法[12]等。這些控制方法都取得了很好的控制效果，設(shè)計(jì)的控制器的性能也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的PSS，但是這些方法所設(shè)計(jì)的PSS都是基于電力系統(tǒng)的線性化模型，所以這些PSS適用于某一穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，控制效果就非常不理想。為了克服以上不足，使PSS具有魯棒性成為了近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，所以模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，H∞控制等現(xiàn)代控制技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在PSS的設(shè)計(jì)上。模糊控制是基

5、于查詢控制表的控制方法，控制表通過(guò)模糊推理來(lái)得到。模糊控制器工作時(shí)，首先采集輸入信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行模糊化處理，然后再查詢模糊控制表得到模糊控制量，最后經(jīng)過(guò)反模糊化求得精確的輸出量。模糊電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（FPSS）的優(yōu)點(diǎn)是不像經(jīng)典控制理論那樣需要建立數(shù)學(xué)模型，更加注重運(yùn)用積累的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，所需的計(jì)算時(shí)間短，并且易于實(shí)現(xiàn)，在電力系統(tǒng)中已有應(yīng)用的例子[13]。FPSS的性能取決于模糊推理和模糊控制規(guī)則。一般情況下，F(xiàn)PSS的控制規(guī)則是根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得來(lái)的，而電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況非常復(fù)雜，為了得到控制性能比較好的控制規(guī)則，就需要反復(fù)的試驗(yàn)和調(diào)試，工作量大，浪費(fèi)時(shí)間。2預(yù)測(cè)控制的基本原

6、理2.1引言控制是通過(guò)應(yīng)用一個(gè)特定的輸入量，將其送入到所研究的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中，以達(dá)到改善系統(tǒng)性能得目的，使系統(tǒng)的輸出最大限度地滿足特定需要的一般理論與技術(shù)。控制器的設(shè)計(jì)是指求解被控系統(tǒng)的控制規(guī)律的方法，它包括三個(gè)方面[27]：第一建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型；第二對(duì)被控對(duì)象的輸出提出要求；第三求解出滿足性能指標(biāo)的控制規(guī)律?？傊?，我們所做工作最終目的就是給控制器一個(gè)合適的輸入量，使系統(tǒng)盡快的達(dá)到我們期望的設(shè)定值，并且，振蕩越少越好，超調(diào)量越小越好。2.2預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)控制是一種基于模型的控制算法，這一模型稱(chēng)為預(yù)測(cè)模型[28]。預(yù)測(cè)控制對(duì)模型沒(méi)有特殊要求，它并不拘泥于某一特定的

7、結(jié)構(gòu)。我們完全可以把模型看作為一個(gè)黑箱，輸入量是系統(tǒng)的歷史輸入量、輸出量和預(yù)測(cè)的輸入量，黑箱中具體是如何操作、運(yùn)算的，我們不做特定要求，最終只要得到一個(gè)我們期望的輸出量即可。所以，預(yù)測(cè)模型可以是狀態(tài)方程、傳遞函數(shù)，也可以是脈沖響應(yīng)模型或者階躍響應(yīng)模型等其他形式的模型。預(yù)測(cè)模型的輸出經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算處理，最終送入滾動(dòng)優(yōu)化環(huán)節(jié)，根據(jù)一定的性能指標(biāo)，確定出所給出的眾多預(yù)測(cè)輸入量中哪一個(gè)是下一時(shí)刻的最優(yōu)輸入量。這是預(yù)測(cè)控制與其他控制方法最大的區(qū)別。模型預(yù)測(cè)控制的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：隨著電子數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，在控制過(guò)程當(dāng)中，我們可以檢測(cè)出各個(gè)狀態(tài)變量