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电力系统控制的发展趋势

2005310260张树卿zsqr998@

0引言

现今电网互连，其带来显著经济效益和社会效益的同时，庞大的规模与复杂的运行特性给电力运行部门提出了巨大的挑战—

—如何发展、利用新的技术、方法，有效地对大系统进行控制，保证全国电网的稳定运行、提高系统的稳定水平与供电质量。

电力部门对提高电力系统的安全稳定性

H∞鲁棒控制原理可简单归纳如下。对一个线性系统

X??AX?BU?PW,X?Rn,U?Rm

e?CX?QW,W?Rr,e?R1

设在W?0时系统是稳定的，且

做了大量工作，如：加强电力系统规划和运行管理，制定和健全有关规范、标准（如制定《电力系统安全稳定导则》）；加强电网建设，改善电网结构；改进继电保护装置的性能和设置，提高切除故障的速度和可靠性；加强电网安全稳定分析，积极推进安

Z[e,u]T。传递函数矩阵T

zw

T (

T (f(t))W

zw 0

W

T ?supsup

zw?

0????w?Rr

0

的H∞范数

0

全稳定控制技术的开发和应用[2]，可见控制对电力系统能够安全稳定运行起着至关重

W?[w

01,

w

02,

...,w

0r,

]T为各次干扰谐波

要的作用。

的幅值向量。如果有一控制策略U*使

提到“电力系统控制”，这只是一个泛泛的概念，控制在电力系统中几乎无所不在：发电机组、锅炉、燃气轮机、给水系统等等，

H??Z

ZW?

??,??0为一足够小的正

但无论何种形式的控制、采用什么样的控制方法、控制的对象是什么，控制的目的都是

数，则称U*是H∞的最优控制。

对仿射非线性系统

使整个系统安全稳定的运作，本文所讲的控

制，是一个宽泛的概念，并不涉及电力系统

X??f(X)?g

1

(X)W?g

2

(X)U

中某项具体的控制措施。

电力系统规模在不断发展，科学技术、控制方法同样也在发展。诸如新型电力电子技术、新型储能技术、广域测量技术和广域测量系统以及人工神经网络、模糊控制、专家系统、综合智能控制等控制方法与技术的完善与逐步应用或其应用潜力为改进、提高现今电力系统控制提供了基础与有利条件。

本文首先简单回顾现今电力系统控制，包括其理论、方法、实现手段，并对各种控制作简单的评测；接着总结未来电力系统控制的要求、需要解决的问题，进而讨论电力系统控制的发展趋势，总结提出几种应运而生的新的控制方法。

现今电力系统控制

鲁棒控制

Z?h(X)?K(X)U

X?Rn,U?Rm,W?Rr

寻求一个控制U*使得在X?0闭环系

统是渐进稳定的，同时使上述系统以W为输入，罚函数向量Z为输出的系统满足下列不等式

T?(Z(t)2??2W(t)2)dt?0

T

0

则该系统即称为非线性H∞控制系统或非线性鲁棒控制系统。可以看出上述积分体现了系统的输入对输出的影响限制在一个“满意程度”内。

H∞鲁棒控制不仅具有处理多变量问题的能力，而且与线性二次高斯最优控制不

同，它可解决具有建模误差，参数不确定和干扰未知系统的控制问题，并直接解决鲁棒控制问题。H∞算法具有较好的直观性及严格的数学基础。此外，H∞控制经较简单的运算便可使系统具有良好的性能。在H∞控制的应用上，目前主要还是线性系统及仿射非线性系统。应当指出，好的鲁棒控制应能对结构方面的问题作出考虑，但H∞控制方法不能顾及信息类型，为此许多学者在H∞鲁棒控制中引入L综合及自适应控制对H∞控制进行修正并取得了较好的结果。

在进行电力系统H∞鲁棒控制设计时，如何采用系统化的方法来对权函数进行选择而又不过于复杂是一个亟待解决的问题，对一般非线性系统的H∞控制尚需进一步的研究。[3]

线性最优控制

最优控制是现代控制理论的一个重要组成部分，也是将最优化理论用于控制问题的一种体现。线性最优控制是目前诸多现代控制理论中应用最多，最成熟的一个分支。

对一般线性最优控制系统可有如下提法，控制系统

X(t)?A(t)X(t)?B(t)U(t)X?Rn,U?Rr

A(t)?Rn?n，B(t)?Rn?r

性能指标

最大值原理两种方法。如果性能指标采用二次型性能指标

1J??(XTQX?UTRU)dt（其中R、Q

1

2

分别为状态量与控制量的权阵），则线性最优控制系统的设计转化为从黎卡提方程，

ATP?PA?PBR?