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交直流输电系统的优化协调控制研究

作　者: 袁林玉
导　师: 王杰
学　校: 上海交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 交直流联合输电非线性控制最优控制微分代数系统协调控制
分类号: TM721.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着我国电力工业的发展,高压直流输电工程越来越多地用于我国大区电网互联,交直流并联输电和多馈入直流输电的格局将在我国的多个大区电网中出现,它们的投入既使得电力系统的运行方式越来越复杂,同时也为电力系统提供了更为灵活的稳定控制方式。因此有必要研究典型交直流联合输电(AC/DC)系统的动态特性,推导建立更精确实用的综合非线性模型,从而设计出性能更优良的控制器。同时,在现有的研究中,FACTS与传统励磁控制相结合以改善电力系统性能等方面已经取得不少成果,但对HVDC与所连交流系统的其它控制(如励磁控制、电力系统稳定器PSS、无功电压控制)的协调问题研究得还不多。实际上,多个既具有共性又具有个性的控制器一起协调工作有可能会取得更佳的控制效果。所以,将直流系统的控制与交流系统发电机励磁控制结合起来,进行协调控制具有重要的实际意义。本文首先针对典型的AC/DC系统,综合考虑系统中的直流和交流部分的动态特性,交流部分取发电机组三阶模型,其中包含发电机励磁的一阶等式,直流部分采用三阶动态模型,比一阶模型更准确反应直流系统动态特性,通过交、直流系统之间无功功率的关系推导出直流系统电流表达式,从而将交、直流系统连接起来,得到新的系统模型。针对此非线性模型运用微分几何方法进行反馈线性化,然后运用最优控制策略进行控制器设计,最后通过仿真验证了控制器的有效性。最后一部分将此模型进行推广,使其适用范围扩展到多机系统。在交流系统部分考虑发电机的励磁控制环节,并通过附加的功率代数方程将直流侧和交流侧联系起来,形成AC/DC系统的非线性微分代数模型。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-26
  1.1 引言  10-11
  1.2 直流输电技术应用与特点  11-14
    1.2.1 HVDC 的应用场合  11-12
    1.2.2 直流输电与交流输电比较  12-14
    1.2.3 交直流联合输电(AC/DC)系统的特点  14
  1.3 直流输电系统控制策略  14-24
    1.3.1 直流输电系统基本控制  14-19
    1.3.2 直流输电系统调制功能  19-21
    1.3.3 交直流输电系统协调控制  21-22
    1.3.4 直流输电系统发展趋势  22-24
  1.4 本文主要研究内容和章节安排  24-26
第二章非线性控制系统与稳定性描述  26-45
  2.1 引言  26-27
  2.2 非线性控制方法介绍  27-33
    2.2.1 传统的非线性控制方法  27-28
    2.2.2 非线性控制方法的研究现状  28-32
    2.2.3 反馈线性化方法介绍  32-33
  2.3 非线性控制技术在电力系统中的应用  33-35
  2.4 非线性系统微分几何方法  35-41
    2.4.1 李导数与李括号  37-38
    2.4.2 向量场集合的对合性  38-39
    2.4.3 非线性控制系统的关系度  39
    2.4.4 非线性系统的线性化标准型  39-41
  2.5 稳定性基本原理  41-45
第三章发电机励磁与直流输电系统的最优协调控制  45-59
  3.1 交直流并联输电系统模型  45-50
    3.1.1 直流输电系统数学模型  45-48
    3.1.2 直流控制系统数学模型  48
    3.1.3 同步发电机模型  48-49
    3.1.4 系统综合模型  49-50
  3.2 系统的微分几何反馈线性化  50-52
  3.3 控制器设计  52-54
    3.3.1 稳定控制器设计  52-53
    3.3.2 线性最优控制器设计  53-54
  3.4 仿真结果分析  54-58
  3.5 本章小结  58-59
第四章具有AC/DC 装置的结构保持多机系统模型  59-70
  4.1 引言  59-60
  4.2 微分代数系统的基本概念  60-64
    4.2.1 M 导数和M 括号  60-61
    4.2.2 向量场集合的M 对合性  61-62
    4.2.3 非线性微分代数系统的M 关系度  62
    4.2.4 非线性微分代数系统的线性化标准型  62-64
  4.3 含AC/DC 线路的系统微分代数系统模型  64-69
    4.3.1 含AC/DC 线路的系统微分方程  65-66
    4.3.2 含AC/DC 线路的系统代数方程  66-68
    4.3.3 含AC/DC 线路的多机系统微分代数模型  68-69
  4.4 本章小节  69-70
第五章总结与展望  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间发表或录用的论文及科研工作和获奖情况  77

交直流输电系统的优化协调控制研究

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