现代控制理论在电力系统的应用概述.ppt

现代控制理论在电力系统中的应用概述 中南大学信息科学与工程学院 黄挚雄 引言 电力系统安全控制和经济运行是各国电力系统长期发展中的关键研究课题。如果电力系统安全稳定得不到保证，那么其产生的后果就是造成大面积的停电事故，给国民经济造成了重大的经济损失和社会秩序的严重紊乱，甚至危及国家安全。由于电力系统本身所具有的分散性、复杂性、多变性、非线性等特点，使得电力系统安全稳定问题变得很复杂，因此解决具 有很大的难度。电力系统是一个巨维数的典型动态大系统,它具有强非线性、时变性且参数不确切可知,并含有大量未建模动态部分。电力系统地域分布广阔,大部分元件具有延迟、磁滞、饱和等等复杂的物理特性,对这样的系统实现有效控制是极为困难的，但也正是由于问题的复杂性 而使得现代控制理论得以在这一领域充分发挥其自身的优势。随着大功率电力电子器件的出现及微型计算机的发展,先进的控制理论方法在电力系统控制中的应用研究已几乎遍及电力系统的所有领域,取得了一批有价值的成果。 古典控制理论 “古典控制理论”又可称为“经典控制理论”，其时间为20世纪40~50年代。它的主要研究对象多为线性定常系统，例如：单输入单输出问题，研究方法采用的是频域分析法，它的控制思想首先旨在对机器进行“调节”，使之能够稳定运行，其次是采用“反馈的方式，使得一个动力学系统能够按照人们的要求精确地工作，最终实现对系统按指定目标进行控制。”经典控 制理论限于处理单变量的线性定常问题，在数学上可归结为单变量的常系数微分方程问题。 控制理论的发展与电力系统的发展是相互促进的。由于电力系统问题的复杂性使得控制理论在这一领域充分发挥其优势，促进了控制理论的发展。而正是由于应用了控制理论，使得电力系统一个又一个复杂问题得以解决，因此也促进了电力系统的发展。 现代控制理论 现代控制理论时间为20世纪60-70年代，从经典控制论发展到现代控制论，是人类对控制技术认识的一次飞跃。现代控制理论面向更多变量控制系统的问题。它是以矩阵论和线性空间理论作为主要数学工具，并用计算机来实现。现代控制论是在引入状态和状态空间的概念基础上发展起来的。 现代控制理论在电力系统的发展趋势 综观控制理论的发展史以及前辈们的观点，我们可以看出控制理论在电力系统中这一领域的发展趋势： 1 随着控制理论的不断发展，其所适用的应用领域也在不断扩大 控制理论的应用范围已从单纯技术领域,渗透到社会、经济、人口、环境和生命科学等领域的控制问题中,并将继续大大拓广. 从前面可以看到，一些控制理论，如：人工神经网络、模糊集理论、专家系统等在电力系统已得到广泛的应用。但是它们存在一定的局限性和不完善性。相信，随着对控制理论研究的进一步深入，相信一些不成熟的方面会得到完善， 一些研究结果会逐步实用化。除了在控制方面，控制理论对人们普遍关注的能源环境问题也能做出重要贡献。 从节省能源与减少污染到新能源开发(如人工受控热核聚变) ,再到合理调控自然环境,协调人类与自然关系等都存在对控制理论的需求。 ２增加理论的开放性，与其它领域广泛交叉，且吸取其它学科的先进成果 控制理论本身是一个开放式系统,在其发展过程中不断吸收其它相关学科的新技术、新思想,才达到今天这种较为完善的境界,为了进一步满足人们更高的控制要求,控制理论需要对当代多种前沿学科、 多种先进技术和多种科学方法加以高度综合集成。控制理论与其它学科高度集中，这样不仅可以促进控制理论的发展，而且也会促进其它学科的研究，更益于两者互相结合和集成。 ３关于混杂系统理论的电力系统模型 　　首先在发电机励磁与调速控制系统模型基本成熟的基础上，建立混杂系统的动态模型部分，而系统的静态模型部分则用于描述现代电网中的电力电子控制设备以及基于逻辑信号的控制调度指令等。最终将 动静两态模型相耦合，即可得到一类动态控制与代数控制相结合的混杂系统模型。应用和发展非光滑分析方法，将系统的静态方程离散化并将此离散状态看成是脉冲输入的结果，从而利用一类迁移算子表征系统的切换性。如此可奖混杂系统多目标控制问题转化为由微分方程表述的非光滑优化的标准设计问题。 非线性控制理论 现代电力系统的规模和复杂程度正在显著地增加。同时,考虑到经济运行和环境限制, 对电力系统功率传输水平的要求也愈来愈高。由于电力系统具有高度非线性, 当系统的运行点改变时，系统的动态特性会显著改变。此时,线性控制器往往不能满足系统稳定性的要求,所以我们采用非线性控制来保证其稳定性。同时, 现代非线性科学所揭示的分叉、混沌、奇异 吸引子等, 无