发电机组复杂相似组合多目标分散协调能量稳定控制研究

电力系统控制是改善系统稳定性的重要手段，学者们开展了大量研究，做出了重要贡献，但均面临了这样的难题：如何进行非线性设计，才能既确保系统在运行点具有大范围渐近稳定性，又能灵活而全面地选择控制目标，使各重要物理量均具有良好的动、静态性能。本项目旨在研究控制目标选择的灵活性、控制精度与系统大范围渐近稳定性之间的联系，并揭示它们之间相互作用的机理，以有效解决上述难题。它包括两方面工作：一是提出基于李雅普诺夫稳定理论的多目标分散协调能量稳定控制理论与方法，建立具有复杂相似组合结构的李雅普诺夫函数，通过非线性反馈将控制目标的选择与能量函数导数的负定性联系起来，确保电力系统在运行点具有大范围渐近稳定性，同时兼顾各重要物理量均具有良好的动、静态性能；二是研究发电机组励磁和励磁与汽门的分散控制问题，提出具体的多目标分散协调能量稳定控制方案。通过本项目的研究，为电力系统非线性控制基础理论与应用研究做出贡献。

电力系统是由许多被控元件组成的微分代数系统，具有复杂相似组合结构。在这一特征数学模型基础上，如何进行非线性分散控制规律设计，才能协调系统大范围渐近稳定性和多目标控制，一直是非线性控制理论与应用研究的难点。本项目围绕这一难点问题开展了一些列相关研究工作，主要包括：.1）针对微分动力系统，提出基于Lyapunov的大范围渐近稳定多目标非线性控制方法。以系统输出物理量构建Lyapunov函数，并通过设计非线性反馈控制律，将Lyapunov函数导数的负定性判定和各输出物理量的动、静态性能统一起来，在确保系统具有大范围渐近稳定性的同时，协调多目标控制，使系统大范围渐近稳定性与多目标控制相辅相成；.2）针对微分代数系统，提出基于Lyapunov的大范围渐近稳定分散协调多目标控制方法。在构建复杂相似组合结构模型的基础上，分析各子系统的控制目标，建立相似组合Lyapunov函数，并通过设计分散非线性反馈控制律，使子系统Lyapunov函数导数的负定性判定和子系统各输出物理量的动、静态性能相统一，协调系统大范围渐近稳定性与多目标控制；.3）针对同步发电机励磁控制以及励磁与汽门或水门控制，提出了基于Lyapunov的非线性协调控制方法，解决当前系统大范围渐近稳定性与端电压调节和有功功率调节难以统一的难题，并通过仿真证实了提出方法的有效性；.4）针对多机电力系统分散励磁控制问题，提出了基于Lyapunov的非线性多目标分散控制方法，从理论上，实现了发电机端电压分散控制与系统大范围渐近稳定性相统一，并通过仿真证实了提出方法的有效性；.5）针对多机电力系统励磁与汽门或水门分散控制问题，提出了基于Lyapunov的非线性励磁与汽门或水门多目标分散协调控制方法，有效解决了发电机端电压调节、有功功率调节和系统大范围渐近稳定性难以协调的难题。.总之，本项目针对微分动力系统和微分代数系统，围绕多目标控制、系统大范围渐近稳定性等问题，开展研究工作，提出了基于Lyapunov的非线性控制理论与方法，并成功应用其解决电力系统的控制问题，如发电机励磁控制。