励磁与静止无功补偿系统协调控制的鲁棒自适应策略研究

The coordinated control of Static Var Compensation system (SVCs) and generator excitation is an effective method to enhance the stability of the transmission system. The uncertainty in the system is one of the key elements that affect the control performance. The robust adaptive control scheme of the control system is of great significant. This research will focus on robust adaptive control which takes the multi-uncertain parameters, un-modeled dynamics and unpredicted disturbances into consideration simultaneously. A design method that doesn’t rely on certainty equivalence principle will be got by separately designing control laws and adaptive laws on the generator excitation-SVCs dynamic interconnect nonlinear model. The adaptive identifying method that based on immersion and invariant (I&I) will be studied to design adaptive law for multi-uncertain parameters. In this procedure the rule that the transient stability is affected by the dynamics of parameter estimation error will be clarified. And the functional constructing method that optimally designs multi-uncertain parameters will be given. Then the robustness of the adaptive control system to the un-parameter uncertainties will be studied based on dissipation system theory. The robust restraint of the control system is guaranteed by constructing energy dissipation inequalities based on backstepping. And then the robust adaptive control scheme is gained which serves as theoretical foundation for the coordinated control scheme of transmission system with SVCs.

静止无功补偿系统（SVCs）与发电机励磁的协调控制是有效提高输电系统稳定性的方式，系统中的不确定性是影响其控制性能的关键因素之一，研究控制系统的鲁棒自适应策略具有重要意义。本项目在协调控制中针对多个不确定参数、未建模动态以及未知扰动展开鲁棒自适应策略的研究。通过建立基于结构保持的发电机励磁-SVCs动态互联非线性模型，将控制律和自适应律分开设计，得到不依赖确定性等价原理的非线性控制的设计方法。研究基于浸入和不变（I&I）的自适应辨识方法，为模型中多个不确定参数设计自适应律，研究过程中查清参数估计误差的动态特性影响系统暂态稳定性的规律，得到多个参数自适应律优化设计的泛函数构造方法。然后基于耗散系统理论研究控制系统对于非参数不确定性的鲁棒性，通过反步法递推地构造能量耗散不等式，从而保证控制系统的鲁棒抑制能力，进而获得协调控制的鲁棒自适应设计策略，为装设SVCs的输电系统协调控制提供理论基础。

静止无功补偿系统（SVCs）与发电机励磁的协调控制是有效提高输电系统稳定性的方式，不考虑多个控制器的交互作用而独立设计满足某一局部片面要求的控制器，可能由于负面的交互作用从而导致低频振荡、高频谐振等系统稳定性问题。在采用协调控制策略提高输电系统运行稳定性的研究中，设计合理有效的SVCs与发电机励磁协调控制策略遇到的难点主要在于：输电系统具有非线性特性，SVCs和发电机励磁之间存在动态互联，系统中多个参数具有不确定性以及系统同时具有非参数不确定性。本项目针对输电系统中装设无功补偿装置的系统研究模型、与发电机励磁的协调控制策略、设计协调控制策略时对系统中不确定性影响系统暂态性能的自适应鲁棒控制方法等方面获得了具有理论和实际意义的研究结果。具体研究结果如下：（1）为输电系统中SVCs与发电机励磁协调控制提出设计方法。三项研究表明，在充分考虑SVCs控制器与发电机励磁及系统中其他控制器的交互作用下协调设计各控制器，可以有效改善系统的暂态性能，充分发挥各控制器在系统稳定性方面的作用；（2）为SVCs与发电机励磁协调控制中存在的不确定性提出鲁棒自适应控制策略。针对SVC和STATCOM两种主要的无功补偿装置与发电机励磁的协调控制，提出了基于自适应控制算法和L2增益控制算法结合的协调控制策略，两项研究表明，在充分考虑协调控制系统中存在的参数不确定性和非参数不确定性的前提下设计协调控制策略，可以有效提高控制系统的鲁棒自适应能力，改善系统的暂态性能；（3）给出多个不确定参数的辨识方法以及估计误差收敛特性的研究方法。两项研究表明，采用直接参数辨识方法和I&I自适应控制方法对协调控制系统中多个不确定参数进行辨识，且通过可调参数对参数估计误差动态特性进行研究；（4）给出SVCs与发电机励磁复杂协调控制策略工程实现改进方法，研究表明，基于自适应命令滤波算法可以有效提高运算速度降低计算维度，为复杂控制律的工程实现提供解决思路，具有良好的应用前景和理论价值。