專利名稱：一種用于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種用于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
隨著大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)的形成，電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)安全穩(wěn)定問題也變得更加復(fù)雜，包括大區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)的運(yùn)行控制、受端系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性、交直流系統(tǒng)的相互影響等。這些問題使電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨新的挑戰(zhàn)，也對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析和控制提出了新的要求。然而到目前為止，解決電力系統(tǒng)小擾動(dòng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定廣域控制的方法由于線性化方法的引入，給控制器設(shè)計(jì)帶來了一定的累積誤差。此外，現(xiàn)存大擾動(dòng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定廣域控制方法大多依賴于時(shí)域仿真和簡(jiǎn)化，并未給出嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，也給控制器的設(shè)計(jì)帶來了一定難度。 同步機(jī)組是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其是否同步與電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性有著密切的關(guān)系。對(duì)于同步機(jī)組來說，表征其動(dòng)力學(xué)特性的非線性動(dòng)力學(xué)方程的類梯度性(即全局漸進(jìn)穩(wěn)定性)即對(duì)應(yīng)于同步機(jī)組的同步特性。為保證電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，對(duì)于同步機(jī)組來說，了解何時(shí)會(huì)發(fā)生持續(xù)的混沌振蕩及如何避免振蕩的發(fā)生具有極其重要的意義。其原因在于一方面，在非線性系統(tǒng)具有混沌吸引子的情況下連續(xù)運(yùn)行會(huì)造成同步特性的破壞并導(dǎo)致貴重設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p失；另一方面，混沌振蕩會(huì)導(dǎo)致有害暫態(tài)諧振的永久危害。近些年，很多相關(guān)文獻(xiàn)，比如文獻(xiàn)一 IEEE Transactions on Magnetics,2003,39:2995-2997,Design of permanent magnets to avoid chaos in PMsynchronous machines, Gao, Y. & Chau, K. T.;文獻(xiàn) 二 IEEE Trans, on Circ. Sys.I. , 1994, 41:40-45, Strange attractors in brushless DC motors, Hemati N 和文獻(xiàn)三IEEE Trans. Power System, 2004, 19:1918-1924, Hysteresis and bifurcations in theclassical model of generator, Subbarao D. and Singh K K,文獻(xiàn)中究了同步機(jī)組模型的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)特性，可以由一系列非線性微分方程進(jìn)行描述。其中，文獻(xiàn)一研究了當(dāng)沒有配置合適尺寸永久磁極時(shí)PM同步機(jī)組的Hopf分叉和混沌現(xiàn)象。文獻(xiàn)二中則指出了直流電機(jī)的開環(huán)動(dòng)態(tài)特性等價(jià)于具有混沌特性的Lorenz系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中存在多個(gè)吸引子說明了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)多種控制條件存在的可能性。在理論推導(dǎo)方面，文獻(xiàn)四，Non-local methodsfor pendulum-like feedback systems(Teubner-Texte zur Mathematik Bd. 132,B.G. , Teubner Stuttgart-Leipzig)，1992, Leonov G A, Reitmann V and Smirnova V B,給出了保證同步機(jī)組同步漸進(jìn)穩(wěn)定性的頻域判據(jù)條件。然而，由于頻域條件在驗(yàn)證過程中具有一定的難度，還需要進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化。此外，在上述文獻(xiàn)中也未提出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，從非線性系統(tǒng)的同步機(jī)組模型的穩(wěn)定性和混沌特性分析出發(fā)，利用多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)時(shí)頻域分析方法進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，所得到的理論結(jié)果可避免傳統(tǒng)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析中由于線性化引入的累積誤差。本發(fā)明提供的一種用于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括如下步驟I)建立同步機(jī)組模型，并確定類梯度的定義；2)判斷同步機(jī)組模型的類梯度性；3)對(duì)步驟I)同步機(jī)組模型進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)；4)將步驟3)的控制器進(jìn)行電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析與控制。其中，步驟I)所述建立同步機(jī)組模型
權(quán)利要求
1.一種用于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 1)建立同步機(jī)組模型，并確定類梯度的定義； 2)判斷同步機(jī)組模型的類梯度性； 3)對(duì)步驟I)同步機(jī)組模型進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)； 4)將步驟3)的控制器進(jìn)行電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析與控制。
2.如權(quán)利要求I所述的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟I)所述建立同步機(jī)組模型
3.如權(quán)利要求I所述的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟I)所述類梯度的定義為 當(dāng)模型(l)t —+ m時(shí)，其解
4.如權(quán)利要求I所述的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟2)所述判斷同步機(jī)組模型的類梯度性包括 假設(shè)u1≥O，存在矩陣P = Pt使得引理2中的假設(shè)條件I)、4)、5)以及下列時(shí)域線性矩陣不等式條件
5.如權(quán)利要求I所述的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟3)所述對(duì)步驟I)同步機(jī)組模型進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)包括； 選取狀態(tài)反饋控制器u = Ky進(jìn)行系統(tǒng)鎮(zhèn)定，系統(tǒng)模型表示為 其中，U e Rm是控制輸入，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)變?yōu)?br> 6.如權(quán)利要求5所述的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述控制器參數(shù)K的設(shè)計(jì)方法包括 假設(shè)U 1≥0，且引理2中的假設(shè)條件4)、5)以及以下條件滿足 ①矩陣尤(0；)是對(duì)角陣； ②存在矩陣W，Q= Qt > 0使得
7.如權(quán)利要求1、3、4或6任一所述的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述類梯度性是指全局漸進(jìn)穩(wěn)定性。
8.如權(quán)利要求5所述的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述引理2為 令U1≥0，且下列條件滿足 [1]矩陣K(O)是對(duì)角矩陣； [2]對(duì)于所有wG R，都有
全文摘要
本發(fā)明提供的一種用于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制的多平衡點(diǎn)非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括1)建立同步機(jī)組模型，并確定類梯度的定義；2)判斷同步機(jī)組模型的類梯度性；若同步機(jī)組模型是混沌的，3)對(duì)步驟1)同步機(jī)組模型進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)；4)將步驟3)的控制器進(jìn)行電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析與控制，從而保證整個(gè)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。本發(fā)明所利用的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制方法沒有涉及到之前類似方法中的線性化，因此大大降低了該方法中產(chǎn)生的累積誤差。并且對(duì)以后的實(shí)際工程具有指導(dǎo)作用。
文檔編號(hào)G05B17/00GK102799111SQ201210167908
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者徐式蘊(yùn), 湯涌, 孫華東 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院, 北京理工大學(xué)