独立电力系统电力线载波通信全域稳定分散控制研究

The isolated power system, composed with power stations, plays an important role for supplying power for the weapon equipments (such as artillery, radar and missile, etc). Because the capacity of the isolated power system and the instantaneity and randomness of the weapon equipments, the stability control of the isolated power system has attracted considerable attentions. A new control method that the power station is decentralizing controlled and consolidating dispatched is proposed. In this new stability control method, because the main control goal is keep the power angle stable, the dynamic stability of the isolated power system will be increased. In addition, because the power line communication has the characters of simple connection, plug and play, strong anti-jamming capacity and quick reparation, so the new control method will guarantee the control ability. In order to realize the control method, the decentralized control of the isolated power system, state estimate and the auto frame relay algorithm will be studied. The research results will be significant in the power supply control of the industries, ships and the radar, and will support decisions in the decentralized stability control of the isolated power systems.

由电站并联构成的独立电力系统担负着向武器装备（火炮、雷达、导弹等）供电的重要职能。一方面由于独立电力系统容量级数增长，另一方面由于武器装备工作具有瞬时性、冲击性和随机性的特点，因此，独立电力系统的稳定控制越来越引起关注。本项目提出并联电站分散稳定控制与电力线载波通信统一调度相结合的新方法。该方法直接以系统的功角稳定为控制目标，将有效提高系统的动态稳定性。由于所采用的电力线载波通信方式具有布线简单、即插即用、抗干扰能力强和修复迅速的优点，所以独立电力系统全系统协调控制能力将得到有力保障。为达到预期的功能目标，本项目将在独立电力系统分散控制、状态估计和自动中继通信等算法和试验验证方面进行深入研究。研究成果将为工矿、船舶、雷达供电等民用和军事领域大量存在的独立电力系统稳定控制提供理论支持，为实现独立电力系统的电力线载波通信全域稳定分散控制打下基础。

在巨型超视距雷达、综合舰船、导弹发射、豪华邮轮等场合，以及在沿海电力短缺、陆地电网因自然灾害遭到破坏等情况下，通常需要由多台大容量电站并联构成的独立电力系统（以下简称：独立电力系统）进行供电。独立电力系统负载（雷达、导弹、火炮等）变化剧烈，易受电磁脉冲等干扰的作用，其控制具有强的非线性和参数不确定特征，当负载较大时还需多机并联运行。目前独立电力系统主要采用基于线性控制理论的控制方法，且励磁控制以直流电压偏差为控制量，所以影响了独立电力系统的稳定恢复能力、制约了武器系统整体性能的提高和效能发挥。本课题通过建立独立电力系统的非线性模型，研究提出了改进非线性自适应L2增益控制（L2-NAC）算法和交流跟踪励磁技术，解决了单机和多机并联运行的稳定控制问题，在同等容量条件下，提高了独立电力系统的供电能力，主要研究成果包括： .1. 针对独立电力系统非线性、不确定性、易受电磁干扰等特征，基于非线性鲁棒控制原理，对常用的三次谐波励磁系统、相复励励磁系统建立了完善的非线性数学模型，并从电站整体控制的角度，研究构建了励磁及机电复合调速系统的数学模型； .2. 提出了含K类函数和附加控制变量的改进L2-NAC（K-L2-NAC）算法，并在此基础上研究提出了具有最优控制功能的K-L2-NAC（OP-K-L2-NAC）算法和适合励磁及机电复合调速的多输入系统K-L2-NAC控制算法。改进的L2-NAC（K-L2-NAC）算法加快了状态变量的收敛速度，克服了常规L2-NAC在各子系统虚拟函数设计时都要考虑耗散不等式的缺点，简化了计算；另外，OP-K-L2-NAC可实现外部干扰至关键状态变量的增益最小，提高了抗干扰能力；.3. 以独立电力系统母线电压与正弦基准电压直接交流比较所得误差为控制量，提出了基于磁链观测的交流跟踪励磁方法，提高了励磁控制的速度和强励能力，有效降低了负载冲击引起的输出电压跌落，缩短了输出电压的稳定时间；.4. 基于改进L2-NAC（K-L2-NAC、OP-K-L2-NAC）算法和交流跟踪励磁方法，对比研究了单台柴油发电机组控制方法； .5. 提出了基于量测值的分散L2-NAC（SM-L2-DDC）算法，并在此基础上研究提出了多台柴油发电机组并联分散稳定控制方法，解决了由远距离传输并联柴油发电机组众多状态信息所引起的稳定控制困难的难题。