基于线性矩阵不等式的电力系统稳定器网络化控制研究

摘要

电力系统低频振荡对电力系统的稳定运行有很大的威胁。广域测量系统(WideArea Measurement System，WAMS)的应用及发展为抑制电力系统低频振荡，提高电力系统稳定性带来了新的可能。
　　广域测量信号通过网络进行传输时，会有时滞的存在，而时滞的存在会影响控制系统的稳定性。因此，在进行基于WAMS的阻尼控制器的设计时，时滞的影响是一个必须要考虑的因素。目前，利用广域测量信号来抑制电力系统低频振荡还处在研究阶段，并且由于广域测量系统的广泛应用，这一研究有着很重要的理论意义和实际的应用价值。基于这一研究主题，本文的主要内容如下:
　　第一部分主要分析广域测量系统的具体结构以及网络化控制的主要思想，研究将网络化控制的思想应用到阻尼控制器的设计，详细阐述了网络化控制系统中时滞的具体来源，为下文计及时滞影响的控制器的设计作铺垫。
　　第二部分针对电力系统的低频振荡，进行电力系统模型的建立，旨在模拟电力系统低频振荡的产生，以及抑制电力系统低频振荡的具体过程，为基于广域测量信号的阻尼控制器的设计提供理论基础。
　　第三部分基于Lyapunov理论进行时滞系统稳定性的分析，在此基础之上提出利用线性矩阵不等式（Linear Matrix Inequality, LMI）理论求解时滞系统稳定裕度的方法。再考虑时滞稳定裕度的前提下，设计了基于广域测量信号的阻尼控制器。
　　第四部分针对广域信号时滞的最大值，利用LMI方法求解基于广域测量信号的状态反馈控制器，并对所设计的控制器进行仿真，以验证控制器的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电力系统低频振荡机理

1．2．2 低频振荡的分析方法

1．2．3 低频振荡抑制方法

1．3 本文的主要研究工作

第2章 广域测量系统及网络化控制

2．1 广域测量系统

2．1．1 同步相量测量单元

2．1．2 广域测量系统

2．2 广域测量系统的发展与应用

2．3 WAMS的时滞分析

2．4 网络化控制

2．5 本章小节

第3章 多机电力系统建模及特征分析

3．1 多机系统的线性化模型

3．2 电力系统低频振荡产生原理分析

3．2．1 发电机转子绕组的影响

3．2．2 励磁系统的影响

3．2．3 电力系统稳定器抑制低频振荡的原理

3．3 特征分析法

3．3．1 特征根与特征向量

3．3．2 参与因子

3．3．3 机电回路相关比

3．3．4 特征根灵敏度

3．3．5 模式的可控性与可观性

3．4 仿真模型的建立和分析

3．5 本章小节

第4章 基于LMI理论的时滞系统的控制器设计

4．1 引言

4．2 线性矩阵不等式

4．2．1 可用线性矩阵不等式来描述的问题

4．2．2 LMI的几个标准问题

4．2．3 求解LMI的算法

4．3 时滞系统稳定性的介绍

4．4 考虑时滞稳定裕度的控制器设计

4．4．1 本地控制器的设计

4．4．2 广域控制器的设计

4．5 利用LMI求解方法的状态反馈控制器设计

4．6 本章小结

第5章 基于WAMS的控制系统仿真

5．1 考虑时滞稳定裕度的控制器设计与仿真

5．1．1 本地控制器的设计

5．1．2 广域控制器的设计

5．1．3 系统仿真

5．2 利用LMI求解方法的状态反馈控制器设计

5．2．1 基于WAMS的状态反馈控制器的设计

5．2．2 系统仿真

5．3 本章小结

总结及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文