包含静止同步补偿器的电力系统稳定性分析与非线性鲁棒控制
灵活交流输电系统是近年来出现的，以大功率电力电子技术为基础，用以改善输电系统性能的控制装置。本文的研究工作即围绕灵活交流输电系统的重要成员—静止同步补偿器(STATCOM)—的有关问题展开。
研究的主要内容包括STATCOM在电力系统中运行时对电力系统稳定性的作用、STATCOM的非线性动态模型、包含STATCOM的电力系统动态模型以及上述模型的精确线性化方法、混合不确定系统的鲁棒控制、包含STATCOM的电力系统鲁棒分散控制和STATCOM的动模试验。
根据STATCOM的基本结构和工作原理，分析了STATCOM在电力系统中运行时的稳态模型。在上述模型的基础上，得到了包含STATCOM的单机-无穷大电力系统的二阶摇摆方程。据此，应用李雅普诺夫直接法分析了系统稳定性。根据上述摇摆方程，采用首次积分法得到了一种系统的李雅普诺夫函数，并指出了这种方法的局限性。推导出了一种更实用的李雅普诺夫函数，并给出了其充分性证明。以所得李雅普诺夫函数为基础，分析了当STATCOM在系统中稳定运行时，发电机组的渐近稳定域，并与没有STATCOM的系统的相应结果进行了对比，并给出了仿真估计结果。对于包含STATCOM的单负荷-无穷大电力系统，分析了STATCOM对系统电压静态稳定性的作用。对于一种典型负荷—感应电动机，给出了负荷母线的无功功率-电压静特性。以这一特性为基础，对系统有无STATCOM时运行点的电压稳定裕度进行了分析对比。
根据STATCOM在电力系统中运行时它本身以及与它相联的电力系统的电压电流关系，推导出一种STATCOM的系统级非线性暂态模型，并应用派克变换将此模型映射到d-q-0坐标下。根据这一模型和电压源逆变器的工作原理，得出一种STATCOM的二层控制系统结构。其次，给出了有STATCOM存在的条件下，电力系统非线性动态模型。由上述模型可见，电力系统是一个强非线性系统，而STATCOM的主体是由大功率电力电子元件组成的逆变电路，它的存在更强化了系统的非线性特性。分别运用基于坐标变换和状态反馈的精确线性化方法和直接反馈线性化方法，对STATCOM和包含STATCOM的电力系统非线性模型进行线性化，得到它们的线性化模型。
在上述STATCOM和电力系统线性化模型中，存在不确定因素。这一方面是由于在模型中需要用到一些远程信号，难以传输；另一方面是由于外界对系统的干扰，其值难以确定。而鲁棒控制方法为解决不确定问题提供了有效的手段。为此，首先给出了问题的一般描述，即混合不确定系统的描述，包括系统标称模型、系统不确定因素的类型、不确定界以及有关分解式。在各个单一不确定性问题(干扰抑制问题、参数不确定问题等)的解的基础上，给出了混合不确定系统的鲁棒镇定问题的解。
将上述干扰抑制问题和混合不确定系统的鲁棒镇定问题的解应用到包含STATCOM的电力系统中，给出了其分散控制方法。在包含STATCOM的单机-无穷大电力系统应用中，对系统的线性化模型作了必要处理，然后分别给出了STATCOM和发电机励磁鲁棒控制器。与单机系统相比较，多机系统复杂许多。在包含STATCOM的多机电力系统的应用中，首先给出了系统的暂态模型，在此基础上设计了系统的鲁棒控制器。在系统仿真实验中，设计了三种仿真模型：包含STATCOM的单机-无穷大电力系统、包含STATCOM的单负荷-无穷大电力系统和多机电力系统。分别给出了三种模型的仿真结果。
将以上设计的控制器应用于一台STATCOM实验装置。介绍了实验装置的硬件组成，并根据前述控制器结构设计了系统控制软件。最后给出了实验装置的动模试验结果。
静止同步补偿器;系统稳定性;多变量精确线性化;直接反馈线性化;混合不确定性;鲁棒控制;电力系统;反馈线性化;非线性鲁棒控制
中南大学
博士
控制理论与控制工程
罗安
2004
中文
TM761;TN715.2;TM712
131
2006-08-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）