切换双机电力系统的鲁棒控制器设计

徐利梅, 王玉, 曹纪烈

(西南民族大学电气信息工程学院, 成都 610041)

切换双机电力系统的鲁棒控制器设计

徐利梅, 王玉, 曹纪烈

(西南民族大学电气信息工程学院, 成都 610041)

研究了切换双机电力系统的鲁棒控制器设计问题. 首先, 考虑到实际系统中的不确定性对系统性能的影响, 建立了切换双机电力系统含有不确定性的数学模型. 然后, 利用公共Lyapunov函数方法, 给出了系统控制器的设计方案,并证明了闭环系统是稳定的. 最后, 总结了本文的工作并指出了今后将进一步探索的问题.

切换系统; 双机系统; 鲁棒稳定性; 不确定性

1 引言

电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统, 在国民经济和国防建设等各个领域具有不可或缺的地位[1-3], 其基础性地位决定了其发展速度高于其他行业的发展速度.

电力系统是一个十分复杂的动态系统, 涉及到物理、数学、计算机和自动控制等多个领域, 因此针对电力系统的研究内容十分宽泛. 随着电力系统的互联, 对大系统稳定性的要求不断提高, 使得电力系统的稳定与控制成为电力系统众多研究方向的热点和重点内容, 在国内外掀起了经久不衰的研究热潮[4-8].

电力系统稳定与控制的研究有多种思路, 而利用切换系统理论是一种基本的方式, 其原因在于切换系统本身就是一个复杂的动态切换系统. 这些切换动作有些是人为引入的, 比如操作人员使某些发电机、变压器或者线路接入或退出电网；有些切换动作是由于自然原因导致的, 比如雷击造成电力系统的某些部件突然损坏、线路跳闸, 进而系统结构参数发生显著变化, 从而导致电力系统的特性发生突变. 这些情况均可采用切换系统进行建模, 在此基础上利用切换系统理论进行稳定性分析和控制器设计. 切换系统在过去的几十年中得到了全面的发展[9-11], 这为研究电力系统的稳定与控制带来了许多便利. 在这样的背景下, 本文采用切换系统理论来研究切换双机电力系统的鲁棒控制器设计.

本文的结构如下: 第2节对双机电力系统进行了建模, 建立了含有不确定性的数学模型. 第3节是本文的主要内容, 利用切换系统稳定性分析中的经典方法——公共Lyapunov函数方法, 给出了切换双机电力系统的控制律设计方法, 并证明了闭环系统的稳定性. 第4节总结了本文的主要工作, 并指出该领域中有待进一步研究的问题.

2 系统建模

本节中我们将对双机电力系统进行建模. 结合文献[12,13], 我们将一类不确定性引入电力系统以期所得模型与实际系统更加接近.

考虑以n台发电机为基础构成的多机系统. 对第i(i=1,···, n)台发电机, 可以建模如下:

下面, 我们将给出该系统在任意切换下的鲁棒控制器设计方案, 并讨论闭环系统的稳定性.

3 稳定性分析

电力系统在实际运行过程中可能遇到各种复杂情况, 各台发电机运行情况可能随时变化, 比如某台发电机在某一时刻退出运行, 但很快又需要接入电力系统. 因此, 这种切换具有任意性, 我们应该考虑系统(3)-(5)在任意切换下的控制问题. 这种情况下, 最常用的方法就是公共Lyapunov函数方法.

定理: 如果对子系统1和2采用如下控制输入:

4 结论

本文考虑了具有不确定性的切换双机电力系统的鲁棒控制器设计问题, 模型接近实际系统, 具有重要的实际意义. 同时, 因为双机系统和多机系统具有可类比性, 双机系统的分析为多机系统提供了理论基础, 因此所得结果具有理论意义. 由于在实际电力系统中广泛使用了切换系统的思想和技术, 研究双机系统在任意切换下的稳定与控制对研究大规模电力系统具有启迪意义, 并对丰富切换系统理论本身具有一定的促进作用. 我们将进一步展开后续研究: 考虑更多的实际因素, 使得模型更接近于实际；同时考虑利用切换系统理论更深入地揭示电力系统运行的规律.

[1] 何仰赞, 温增银, 电力系统分析(上)[M]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2002.

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[13] 冯泉. 切换双机电力系统的稳定性研究[D]. 沈阳: 东北大学, 2009.

Robust controller design of switched two-machine power systems

XU Li-mei, WANG Yu, CAO Ji-lie
(School of Electrical and Information Engineering, Southwest University for Nationalities, Chengdu 610041, P.R.C.)

This paper considers the robust controller design issue of two-machine power systems. First, considering the impact of uncertainties on dynamics of power systems, a mathematical model including uncertainties for two-machine systems is proposed. Then, by means of the method of common Lyapunov function, the control schedule is provided, and the stability of closed-system is verified. Finally, a conclusion is given to summarize the current paper and to point out some important topics deserving investigation in the field.

switched system; two-machine system; robust stability; uncertainty

TM743

A

1003-4271(2014)01-0115-05

10.3969/j.issn.1003-4271.2014.01.23

2013-10-21

徐利梅(1979-), 女, 讲师. 研究领域涉及电力系统、可再生能源等方面.

四川省杰出青年学术技术带头人资助计划(2011JQ0011)支持.