非線性預測控制方法在電力系統(tǒng)中的應用研究.pdf

1、以大機組、超高壓、交直流混合遠距離輸電、跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)為特點的現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模和復雜程度正在顯著地增加，電力市場的引入，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性問題也變得突出，改善與提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要手段是控制。 具有強非線性、時變性的電力系統(tǒng)完整精確建模和參數(shù)準確可知是困難的。預測控制算法只需一個具有預測功能的模型，避免了對大型復雜電力系統(tǒng)的完整建模和參數(shù)準確性的困難，同時，預測控制以滾動的有限時域優(yōu)化取代了經(jīng)典最優(yōu)控制中一成不變的全局優(yōu)化，能夠

2、不斷利用由不確定因素引入系統(tǒng)的新信息對預測結果加以校正，達到比依靠模型進行一次優(yōu)化的傳統(tǒng)優(yōu)化算法更為優(yōu)越的控制效果，具有更強的魯棒性。但非線性預測控制算法在線滾動優(yōu)化的巨大數(shù)值計算負擔及由此產(chǎn)生的控制算法穩(wěn)定性問題是阻礙這一先進控制理論在電力系統(tǒng)應用的主要障礙。 針對一類仿射非線性系統(tǒng)模型，導出具有閉型解析解的非線性預測控制律，該控制算法不需要在線優(yōu)化，避免了非線性預測控制在線優(yōu)化帶來的非線性優(yōu)化數(shù)值計算問題，為該控制策略實現(xiàn)在

3、線實時控制提供了基礎。同時對該控制算法的穩(wěn)定性給出了嚴格的數(shù)學證明，為該類控制器的安全、穩(wěn)定工作提供了保證?；趶哪壳半娏ο到y(tǒng)運行的實際條件和便于工程實現(xiàn)的角度出發(fā)，控制器的設計都是在同步坐標系下對被控對象進行建模，導出局部的/分散的控制律，即僅用當?shù)氐目蓽y量信號構成反饋控制律。顯然，采用慣性中心坐標系對被控對象建模，控制器的設計便可擴展成基于廣域測量(WAMS)技術引入全局信息的穩(wěn)定控制策略，為今后的研究工作奠定了基礎。 本文

4、將這一先進的非線性預測控制技術首次應用在電力系統(tǒng)的以下幾個方面： 針對長距離、重載、跨區(qū)域交流互聯(lián)電力系統(tǒng)會減弱系統(tǒng)的阻尼，導致低頻振蕩的出現(xiàn)及FACTS裝置在電力系統(tǒng)的廣泛使用，本文對SVC的阻尼控制器及TCSC的阻尼控制環(huán)節(jié)提出了一種具有閉型解析解控制律的非線性預測控制解決方案。控制器的設計是基于單機無窮大系統(tǒng)來實現(xiàn)的，通過一些近似的方法，可將控制器的一些遠程輸入信號轉化為SVC或TCSC當?shù)乜刂菩盘?，從而將控制器應用擴展到

5、多機系統(tǒng)； ·針對大型發(fā)電機都配備了電液轉換器和微機調(diào)速器，調(diào)速系統(tǒng)已數(shù)字化，因此對調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定控制策略已具備良好的基礎。本文對單機系統(tǒng)及多機電力系統(tǒng)中汽輪機主汽門開度進行非線性預測控制的設計，導出了具有閉型解析解的非線性預測控制律； ·提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與滿足發(fā)電機機端電壓調(diào)節(jié)精度是兩個相互矛盾的控制目標，顯然，把這兩個相互矛盾的控制目標都由勵磁系統(tǒng)來實現(xiàn)，其控制效果必將受到影響。為此，基于非線性預測控制理論，以提高系

6、統(tǒng)穩(wěn)定性與滿足發(fā)電機機端電壓調(diào)節(jié)精度為控制目標，本文對多機電力系統(tǒng)設計出具有閉型解析解的非線性預測控制律的汽輪發(fā)電機勵磁與主汽門開度的綜合控制器； ·所有設計的控制器的輸入信號均選為當?shù)乜蓽y量信號，且與輸電網(wǎng)絡參數(shù)無關，能完全適應輸電網(wǎng)絡拓撲結構的變化，為進一步研究該控制技術在電力系統(tǒng)的工程應用提供了基礎； ·所有設計的控制器性能均在DSA(Dynamic Security Assessment)Power’Fools仿