【正文】 ，首次使用自適應(yīng)backstepping 方法設(shè)計(jì)了TCSC、STATCOM以及直流調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性魯棒控制器。設(shè)計(jì)過程及仿真結(jié)果表明該類控制器不僅能保證閉環(huán)誤差系統(tǒng)狀態(tài)收斂，而且能夠抑制干擾對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。設(shè)計(jì)過程及仿真結(jié)果表明該類控制器不僅能保證系統(tǒng)狀態(tài)收斂，而且能夠抑制干擾對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。其主要工作如下：第二章研究了一類非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)魯棒控制問題。在進(jìn)行不確定系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制時(shí)通常有三種方法可供選擇，一是以滑動(dòng)模態(tài)為目的變結(jié)構(gòu)控制，二是以Lyapunov方法為基礎(chǔ)的變結(jié)構(gòu)控制[32]，三是以超穩(wěn)定性理論為基礎(chǔ)的變結(jié)構(gòu)控制，另外變結(jié)構(gòu)控制還可以實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)的分散及分層控制。文[69，70] 使用DFL設(shè)計(jì)控制器的過程中考慮了輸電線路感抗的變化，分別應(yīng)用魯棒控制和自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)了勵(lì)磁控制器；文[71]運(yùn)用精確反饋線性化和基于Lyapunov的魯棒控制方法，將非線性電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換為一個(gè)帶有未知平衡點(diǎn)的線性不確定系統(tǒng)，從而獲得一個(gè)非線性分散勵(lì)磁控制器；文[72]提出了在設(shè)計(jì)反饋線性化勵(lì)磁控制器的過程中，考慮反映網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)參數(shù)的不確定性所涉及的魯棒性問題；文[73]在所設(shè)計(jì)控制器的DFL控制器中增加了一個(gè)PI型電壓伺服補(bǔ)償器，反饋增益通過魯棒控制理論來選擇，通過單機(jī)系統(tǒng)仿真證明了該控制器的優(yōu)良性能；文[74]給予局部第i個(gè)發(fā)電機(jī)帶有不確定性的DFL補(bǔ)償模型進(jìn)行了控制器的設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果表明該控制器獨(dú)立于系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)和故障條件，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和電壓調(diào)節(jié)有明顯改善；文[75，76]使用了精確線性化與線性H∞相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，其中文[76]設(shè)計(jì)了勵(lì)磁和汽輪機(jī)調(diào)速控制器，并就其特性及作用效果進(jìn)行了討論。對(duì)勵(lì)磁控制的研究表明，這種方法與微分幾何方法具有相同的控制規(guī)律[53]。電力系統(tǒng)智能控制還有大量基礎(chǔ)問題需要研究，例如：為實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的協(xié)調(diào)必須解決不同性能指標(biāo) (如提高暫穩(wěn)、靜穩(wěn) )的合理量化問題；ANN模型和算法優(yōu)化問題；智能控制分支理論方法的協(xié)調(diào)集成研究等。若自適應(yīng)控制算法不很復(fù)雜，在線計(jì)算量不大，則可望解決實(shí)時(shí)性問題。由該方法設(shè)計(jì)的控制器不僅能有效處理系統(tǒng)模型的不確定性問題，而且能充分減弱外界干擾對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。Lyapunov直接法主要是用于電力系統(tǒng)規(guī)劃，不適用于高階大型電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的研究。僅在考慮大干擾作用的暫態(tài)穩(wěn)定控制時(shí)才需考慮非線性影響。對(duì)電力系統(tǒng)采用模型的不同可采取不同的方法。 主要研究方法現(xiàn)代電力系統(tǒng)是具有多種運(yùn)行方式和干擾方式、既有連續(xù)控制又有斷續(xù)控制的多種控制器、分層和就地分散控制的非線性動(dòng)態(tài)大系統(tǒng)。一個(gè)完整的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)應(yīng)從時(shí)間上、空間分布上互相協(xié)調(diào)，并能考慮和適應(yīng)各種不同類型的穩(wěn)定破壞問題。由于電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)僅會(huì)遭受小的負(fù)荷變化，所以線性模型足夠用于代表系統(tǒng)在運(yùn)行點(diǎn)周圍的動(dòng)態(tài)。裝設(shè)在輸電線路的中點(diǎn)，由于它正常運(yùn)行狀態(tài)下可等效為串聯(lián)在輸電線路上的容性電抗，故可有效減少輸電線路的等效電氣距離，使得遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)在大小干擾下的穩(wěn)定性均得以提高。眾所周知，并聯(lián)補(bǔ)償裝置，如靜止無功補(bǔ)償器(SVC)，靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)等，其基本功能是控制系統(tǒng)的電壓。但在某一頻率入下，線路感抗與串聯(lián)容抗相等時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電氣諧振。這些條件可概括為輸電網(wǎng)運(yùn)行的需要、來自直流輸電的競爭壓力、電力電子技術(shù)和元器件的發(fā)展支持、已有FACTS技術(shù)產(chǎn)品的研制和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累等四個(gè)方面。隨著大功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，F(xiàn)ACTS設(shè)備的制造及應(yīng)用得到了長足發(fā)展。近年來，已研制出以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的自適應(yīng)式調(diào)速器，試圖保持水輪機(jī)調(diào)速器處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。近二十年來，原動(dòng)機(jī)“調(diào)速”系統(tǒng)發(fā)生了相當(dāng)大的變化，電液式的“調(diào)速”系統(tǒng)取代了機(jī)械液壓式“調(diào)速”系統(tǒng)，其傳動(dòng)方式也進(jìn)行了重大改進(jìn)。雙軸勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)是在轉(zhuǎn)子d、q軸上均裝設(shè)勵(lì)磁線圈的新型同步發(fā)電機(jī)。對(duì)電力系統(tǒng)研究對(duì)象的控制可以針對(duì)單機(jī)或多機(jī)系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)可為單軸或雙軸同步發(fā)電機(jī)。 同時(shí)在工業(yè)過程、機(jī)電一體化、電力系統(tǒng)、電氣傳動(dòng)、電力電子技術(shù)中應(yīng)用日益廣泛。數(shù)學(xué)是一種研究控制理論十分重要且無可替代的研究工具，但數(shù)學(xué)家遠(yuǎn)沒有給出用以解決當(dāng)今控制理論面臨挑戰(zhàn)的現(xiàn)成方法。由于大多數(shù)工程控制系統(tǒng)都是非線性的，如電力系統(tǒng)。如今，現(xiàn)代控制理論在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已發(fā)展成電力系統(tǒng)學(xué)科中一個(gè)引人注目的活躍的分支。這些裝置在提高電網(wǎng)輸送能力，避免窩電，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，以及防止事故擴(kuò)大等方面發(fā)揮了重要作用，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在這些情況下，研究和實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的穩(wěn)定控制措施，不但可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，而且可以因傳輸能力的提高而產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益[2]。大干擾主要包括系統(tǒng)發(fā)生短路和斷線故障；切除或投入系統(tǒng)的主要元件，如發(fā)電機(jī)、變壓器及線路；負(fù)荷的突然變化等。 關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 非線性系統(tǒng) 勵(lì)磁控制 汽門控制 FACTS控制 參數(shù)不確定性 干擾抑制 魯棒穩(wěn)定性 backstepping方法 參數(shù)自適應(yīng)? 30 ?Study on the Nonlinear Adaptive Robust Control for Power SystemsAbstractElectric power systems are one of nonlinear, multidimensional, dynamic and large scale systems. With the developing of interconnection among powers system and using of some new types of devices, the power generation and transmission are made to be more efficient, but at the same time, the scales and plex nature of power systems increase also. Thereby some dynamic problems which could threaten the operation of power systems in safe, economical and stable mode are emerged, such as power systems oscillating in low frequency and second synchronization retortion of turbine and generator. Once power systems lose stability, the transient process is very quick, the whole system is likely to be spreaded if dealed with in improper ways, power failure in large scope and longer times may be caused more often than not, and then great loss and serious injury about national economy and peoples’ life are resulted in. The collapse and breakdown of systems may be caused also in most grievous cases. Under these circumstances, study and realization of appropriate stability control approaches, can not only enhance the systems operation reliability, but also produce direct economic benefits because of enhancement of transmission capacity. With the uninterrupted growth of puter and modern control theory of late years, all sorts of advanced control means also find broad application in power systems control. power systems performance are improved simultaneously，various channels are also provided for solving above problems by them。研究結(jié)果表明所使用的設(shè)計(jì)方法可以應(yīng)用到勵(lì)磁、汽門以及FACTS之間的協(xié)調(diào)控制當(dāng)中。針對(duì)帶勵(lì)磁控制的單機(jī)無窮大母線系統(tǒng)，分別在阻尼系數(shù)不能精確測量、以及系統(tǒng)兼有阻尼系數(shù)不能精確測量和受外部擾動(dòng)影響的情況下，首次使用自適應(yīng)backstepping 方法設(shè)計(jì)了非線性自適應(yīng)魯棒控制器及非線性L2增益干擾抑制控制器。主要FACTS控制的系統(tǒng)模型均未忽略其本身的動(dòng)態(tài)過程。近年來，隨著微型計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代控制理論的不斷進(jìn)展，各種先進(jìn)的控制方法也在電力系統(tǒng)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。在這些情況下，研究和實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的穩(wěn)定控制措施，不但可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，而且可以因傳輸能力的提高而產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益。其中汽門開度的全程控制，勵(lì)磁與汽門綜合控制的系統(tǒng)模型均使用了四階，包含兩個(gè)輸入。（2）研究了勵(lì)磁系統(tǒng)的自適應(yīng)魯棒控制問題。兩個(gè)問題都是在帶有常參數(shù)不確定及外部擾動(dòng)的四階魯棒模型的基礎(chǔ)上，利用自適應(yīng)backstepping 方法設(shè)計(jì)了非線性L2增益干擾抑制控制器。指出該方法也可用于SVC的控制器設(shè)計(jì)當(dāng)中。小干擾一般指正常的負(fù)荷和參數(shù)波動(dòng)。特別在我國，由于目前輸電系統(tǒng)建設(shè)滯后于電源的建設(shè)，高低壓電磁環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)較多，且電網(wǎng)間聯(lián)系薄弱，從而更易發(fā)生穩(wěn)定性破壞事故；而且在一些電網(wǎng)中，由于受穩(wěn)定性要求的制約，使某些輸電線路的傳輸容量受到限制。從80年代后期起，我國的一些科研開發(fā)制造單位陸續(xù)開發(fā)了以微機(jī)為基礎(chǔ)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，到 1997年底全國已有約 100套較復(fù)雜的穩(wěn)定控制裝置投入運(yùn)行，此外正在應(yīng)用的還有大量較簡單的頻率和電壓緊急控制系統(tǒng)。1984年甘肅省碧口水電站1 0 0 MW機(jī)組上最優(yōu)勵(lì)磁控制的實(shí)現(xiàn)揭開了現(xiàn)代控制理論在中國電力系統(tǒng)應(yīng)用的序幕。從線性系統(tǒng)理論，Kalman濾波到非線性控制，無窮維系統(tǒng)，隨機(jī)系統(tǒng)，適應(yīng)控制，系統(tǒng)辨識(shí)等，出現(xiàn)大量的新結(jié)果，使高技術(shù)中出現(xiàn)的眾多問題得以解決?？刂瓶茖W(xué)是一門技術(shù)科學(xué)，它不同于一般自然科學(xué)之處在于它不是研究純粹化環(huán)境中的自然規(guī)律，而是一方面必須面對(duì)工程實(shí)際中諸多復(fù)雜的難以刻劃的因素，同時(shí)又是一門研究如何在一定約束條件下以施加控制的方法來改造客觀物質(zhì)世界，特別是工程系統(tǒng)的學(xué)問。前者如控制與管理、控制與規(guī)劃決策、控制與信息處理、控制與人工智能等；后者如控制與交通、控制與通信、控制與生物技術(shù)等。由于這些部件對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定有顯著影響，各種控制理論的應(yīng)用研究顯然與這些部件有關(guān)。研究表明，三階簡化模型完全可以滿足對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究的需要[8]。當(dāng)然，汽門控制也不能解決所有的系統(tǒng)穩(wěn)定問題，與其它措施配合使用效果更好。隨著控制理論及電子技術(shù)的發(fā)展，研制了PI調(diào)節(jié)和PID調(diào)節(jié)器。FACTS設(shè)備可影響這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)。當(dāng)然，F(xiàn)ACTS技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展也是有一定背景的條件。串聯(lián)補(bǔ)償提高了功率的傳輸能力。 在發(fā)、輸、配電系統(tǒng)中應(yīng)用或研究的一些電力電子裝置Fig. Some powerelectronic devices applied or studied in power generation, transmission and distribution systemsFACTS控制器按其與被控交流輸電系統(tǒng)的連接方式大體可分為并聯(lián)連接、串聯(lián)連接和串并聯(lián)連接三類控制器。可控串聯(lián)補(bǔ)償器(TCSC)具有潮流控制、阻尼線路功率振蕩、提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和抑制次同步振蕩(SSR)等多種功能，因此，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力很大。 幾種FACTS裝置對(duì)穩(wěn)定性的影響[10, 11]Table Influence of FACTS devices on Stability措施靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定阻尼低頻振蕩阻尼次同步振蕩SVC/ASVG*******TCSC**********TCPS*******UPFC**********HVDC*******注：* 影響小，** 影響中，*** 影響大 負(fù)荷頻率控制電力系統(tǒng)的負(fù)荷是經(jīng)常變化的，為確保功率傳輸?shù)馁|(zhì)量，有必要依靠系統(tǒng)頻率對(duì)發(fā)電機(jī)負(fù)荷進(jìn)行控制。這里的協(xié)調(diào)控制有兩方面的含義：其一為多目標(biāo)的協(xié)調(diào)控制，即提高靜穩(wěn)與改善暫穩(wěn)之間的協(xié)調(diào)，如功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定；其二為同一地區(qū)的多種控制器以及不同地區(qū)控制器間的協(xié)調(diào)控制，乃至發(fā)展成為集中控制系統(tǒng)。如勵(lì)磁汽門的綜合控制、勵(lì)磁與各種FACTS裝置的協(xié)調(diào)控制及FACTS裝置間的協(xié)調(diào)控制等[19～21]。當(dāng)系統(tǒng)遭受擾動(dòng)后，改善和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一就是對(duì)相關(guān)部件施加有效的控制手段。 基于電力系統(tǒng)非線性模型的設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行調(diào)節(jié)及小干擾穩(wěn)定控制不必考慮非線性特性，用線性化模型及線性最優(yōu)控制和多機(jī)系統(tǒng)分散最優(yōu)控制設(shè)計(jì)控制器已足夠。文[32，33]分別研究了基于Lyapunov直接控制方法設(shè)計(jì)的非線性SVC和勵(lì)磁最優(yōu)控制器；文[34]基于Lyapunov直接控制方法研究了非線性勵(lì)磁最優(yōu)控制器，數(shù)字仿真和基于微機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制裝置驗(yàn)證了所提出控制規(guī)律的有效性；文[35]應(yīng)用Lyapunov直接法中的能量函數(shù)法（即采用能量型的Lyapunov函數(shù)）分別設(shè)計(jì)了多機(jī)系統(tǒng)的勵(lì)磁控制器，仿真表明有效改善了系統(tǒng)的靜穩(wěn)及暫穩(wěn)特性；文[36]將基于Lyapunov直接控制方法設(shè)計(jì)的機(jī)械功率控制、勵(lì)磁控制與傳統(tǒng)的PSS控制進(jìn)行了比較；文[37]基于系統(tǒng)非線性模型，設(shè)計(jì)了全局魯棒自適應(yīng)控制