【正文】 定性破壞和系統(tǒng)崩潰；由于快速勵磁的應(yīng)用，在重負荷輸電線上引起功率振蕩，造成線路跳閘和大面積停電等[18]。一個完整的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)應(yīng)從時間上、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。它們可以在不切機的情況下，從根本上提高機組與電網(wǎng)的穩(wěn)定運行水平。文[17]應(yīng)用變結(jié)構(gòu)方法對負荷頻率控制進行了研究。這里的狀態(tài)向量分別代表頻率偏差增量 ，發(fā)電機有功輸出增量變化，調(diào)節(jié)器閥門位置增量變化、及電壓角度增量變化。由于電力系統(tǒng)在正常運行時僅會遭受小的負荷變化，所以線性模型足夠用于代表系統(tǒng)在運行點周圍的動態(tài)。用于電氣制動的TCBR一般被安裝在發(fā)電機端用以吸收當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時的過剩暫態(tài)能量，保持電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。由于ASVG具有控制特性好，可以在從感性到容性的整個范圍中進行連續(xù)的無功調(diào)節(jié)，特別是在欠壓條件下仍可有效地發(fā)出無功功率，在系統(tǒng)對稱運行條件下所需儲能電容容量較小，從而可以減小裝置體積，瞬時過負荷容量大，諧波含量小，響應(yīng)速度快等優(yōu)點得到了電力工業(yè)界越來越大的關(guān)注，美國和日本都已先后研制出多臺大容量的ASVG裝置，并已經(jīng)投入實際運行。它在某種控制規(guī)律下，可根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)狀態(tài)，快速地調(diào)節(jié)變流器的輸出電壓的幅度和相位，從而控制系統(tǒng)潮流[12]。裝設(shè)在輸電線路的中點，由于它正常運行狀態(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，使得遠距離輸電系統(tǒng)在大小干擾下的穩(wěn)定性均得以提高。此外，當(dāng)系統(tǒng)遭受干擾或發(fā)生故障時，通過調(diào)節(jié)輸出無功功率，SVC可以起到穩(wěn)定系統(tǒng)的作用。但應(yīng)當(dāng)指出，由于串聯(lián)補償方式是用來對系統(tǒng)的潮流加以控制，一旦補償裝置發(fā)生故障，有可能對電力系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重的影響。串聯(lián)補償裝置，如可控串補(TCSC)，靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)等，則主要用于控制系統(tǒng)的潮流。眾所周知，并聯(lián)補償裝置，如靜止無功補償器(SVC)，靜止同步補償器(STATCOM)等，其基本功能是控制系統(tǒng)的電壓。而對其控制規(guī)律進行設(shè)計研究則是理論工作者關(guān)注的熱點之一。目前已知的屬于FACTS開發(fā)項目的具體裝置約有20多種，其原理、性能、與系統(tǒng)的連接方式等也多種多樣，一些已進入實際應(yīng)用，一些正處于工業(yè)示范階段，另一些尚處于設(shè)計測試階段[11], 一些在發(fā)、輸、。FACTS的出現(xiàn)無疑也為動態(tài)無功功率補償及抑制振蕩提供了新的有效手段。但在某一頻率入下，線路感抗與串聯(lián)容抗相等時，會產(chǎn)生電氣諧振。由于機組群與它們的自然機電振蕩頻率的不同，使得系統(tǒng)在某種狀況下發(fā)生低頻振蕩，其振蕩頻率約為每分鐘1至5次。另一方面，電力系統(tǒng)中振蕩(主要包括低頻振蕩與次同步振蕩(SSR))的存在極大地威脅著系統(tǒng)的安全運行。同時，電力系統(tǒng)需要的無功功率也比有功功率大，若綜合有功發(fā)電最大負荷為100%，則無功總需要約為120140%，它包括負荷的無功功率和線路、變壓器的無功損耗。這些條件可概括為輸電網(wǎng)運行的需要、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)品的研制和運行經(jīng)驗的積累等四個方面。盡管目前在FACTS的定義和范疇方面看法不一，但在電力系統(tǒng)中廣泛采用電力電子技術(shù)的趨勢則是不爭的事實?？煽毓鑴畲攀加?0年代，如今已普遍采用。 1972年第一條基于晶閘管的直流輸電線路投運。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。[10]，系統(tǒng)間輸送的有功功率由圖中的方程所確定。 FACTS控制柔性交流輸電系統(tǒng)（Flexible Alternating Current Transmission System）是由美國電力科學(xué)研究院的（EPRI）N G Hingorani博士于1986年提出的[10]，用于描述基于大功率電力電子器件的控制器。從水輪發(fā)電機組的非線性模型出發(fā)，對其控制規(guī)律進行研究，從而得到水門非線性調(diào)節(jié)規(guī)律則十分必要。近年來，已研制出以微處理機為基礎(chǔ)的自適應(yīng)式調(diào)速器，試圖保持水輪機調(diào)速器處于最佳運行狀態(tài)。早期的水輪機水門調(diào)節(jié)方式是根據(jù)機組轉(zhuǎn)速的偏差進行比例調(diào)節(jié)。水輪機水門調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個水、機、電的綜合控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)對象的特性十分復(fù)雜。對電力系統(tǒng)汽門的非線性控制，一般針對以狀態(tài)變量構(gòu)成的三階系統(tǒng)模型進行研究。近二十年來，原動機“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)取代了機械液壓式“調(diào)速”系統(tǒng)，其傳動方式也進行了重大改進。根據(jù)多年的電廠接入系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果，一般情況下，除電廠出線始端發(fā)生三相短路必須采取切機減出力措施外，其它的單一故障，通過采取快關(guān)汽門措施，可達到電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行目的。汽門控制分為在快關(guān)過程中控制中壓調(diào)節(jié)汽門及同時控制高、中壓調(diào)節(jié)汽門兩種。但它也存在造價較高，不是很經(jīng)濟的缺點。雙軸勵磁同步發(fā)電機是在轉(zhuǎn)子d、q軸上均裝設(shè)勵磁線圈的新型同步發(fā)電機。雖然模型階數(shù)越高，對發(fā)電機動態(tài)行為的模擬就越詳細，但同時復(fù)雜程度也相應(yīng)增加。而基于這種快速勵磁方式的控制策略的研究也取得了顯著成就。長期以來，發(fā)電機勵磁控制作為改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的易于實現(xiàn)、經(jīng)濟、有效措施，一直受到廣大電力工作者的關(guān)注。對電力系統(tǒng)研究對象的控制可以針對單機或多機系統(tǒng)，發(fā)電機可為單軸或雙軸同步發(fā)電機。 發(fā)電單元的主要控制部件[8]，水輪機或汽輪機將水力或蒸汽力轉(zhuǎn)換為機械力，調(diào)速器控制原動機的水力或蒸汽力，發(fā)電機進行機電能量的轉(zhuǎn)換，而勵磁機和電壓調(diào)節(jié)器控制電力的輸出，同時調(diào)速器及勵磁系統(tǒng)又都可以控制電力系統(tǒng)穩(wěn)定，所以將調(diào)速器稱為水門或汽門開度控制器則更為合適。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信和信息技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的不斷進展，控制理論在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。因而從上述意義上來看，控制理論的發(fā)展正面臨新的機遇。 同時在工業(yè)過程、機電一體化、電力系統(tǒng)、電氣傳動、電力電子技術(shù)中應(yīng)用日益廣泛。 在控制理論的應(yīng)用方面，控制理論越來越緊密的與其他相關(guān)學(xué)科和新興產(chǎn)業(yè)相交叉、滲透、融合與應(yīng)用。在實際工程控制中，我們難以期望控制系統(tǒng)閉環(huán)后不進行任何調(diào)整，系統(tǒng)性能就能達到設(shè)計要求。工業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)裝置的大型化和復(fù)雜化，工業(yè)企業(yè)管理與控制的一體化，對控制理論提出了新的課題，必須開辟對大型復(fù)雜系統(tǒng)控制這一重要研究方向，尋求適應(yīng)生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高的新的控制律的設(shè)計理論與方法。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。這使控制理論面臨著新的挑戰(zhàn)，決定了它目前處于新一輪大發(fā)展的前夕。但就在工程項目中實際而言，不少情況下，PID只能說是在湊合著用，用之是不得已而為之。70年代出發(fā)展起來的非線性控制理論解決了這一問題，并涌現(xiàn)出許多新結(jié)果，如微分幾何、變結(jié)構(gòu)、非線性H∞控制等。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)。從50年代末到60年代起，由于航天、航空、航海的發(fā)展，要求有更快、更精、更可靠的控制方法，這就導(dǎo)致控制理論的新一輪發(fā)展高潮，出現(xiàn)了基于狀態(tài)空間描述的控制理論。由于工業(yè)發(fā)展要求設(shè)計滿足一定要求的各種控制器，于是出現(xiàn)了各種穩(wěn)定性判據(jù)，以及相應(yīng)的設(shè)計方法。另一方面，隨著工程技術(shù)的發(fā)展以及其他學(xué)科的影響與滲透， 控制理論它也經(jīng)歷了幾次大發(fā)展。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)科中一個引人注目的活躍的分支。文獻 [6]的大量應(yīng)用實例及工程實際研究進一步表明應(yīng)用控制理論于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制的巨大效益以及現(xiàn)實可用性和廣闊前景。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方法一直也是和控制科學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)的?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)分布地域極廣，且輸送巨大的電功率，對其電能的質(zhì)量（頻率、電壓和波形）、數(shù)據(jù)要求極嚴格，由此決定了安全穩(wěn)定控制技術(shù)復(fù)雜，涉及面廣，應(yīng)具有很強的抗干擾能力和事故恢復(fù)能力，可靠性要求很高，因此還存在不少問題需要進一步解決和完善。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，以及防止事故擴大等方面發(fā)揮了重要作用，并取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。我國電力系統(tǒng)中安全穩(wěn)定控制技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用較早，50年代起即普遍應(yīng)用的低頻減載和后來應(yīng)用于某些電網(wǎng)的穩(wěn)定控制，曾對保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起了重要作用。在發(fā)電機勵磁控制方面，相繼出現(xiàn)了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)和線性最優(yōu)勵磁控制器（LOEC），而后這些方法被應(yīng)用到電力系統(tǒng)其他各種控制設(shè)計中(如FACTS)。50年代當(dāng)發(fā)電機容量小，電網(wǎng)供電規(guī)模不大時，電力系統(tǒng)的控制常以PID控制為主要的控制手段。在這些情況下，研究和實現(xiàn)相應(yīng)的穩(wěn)定控制措施，不但可以提高系統(tǒng)運行的可靠性，而且可以因傳輸能力的提高而產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益[2]。長期以來，國內(nèi)外的專家、學(xué)者對如何保證和提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了大量的研究工作，并且至今仍將其作為電力系統(tǒng)方面的一個重要研究課題。因此，系統(tǒng)能否繼續(xù)保持同步運行是系統(tǒng)穩(wěn)定與否的標志。還有時間為幾十秒到幾分鐘的中期穩(wěn)定性（主要研究頻率崩潰和電壓崩潰問題）及長達幾十分鐘到1小時的系統(tǒng)長期動態(tài)問題。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、變壓器及線路；負荷的突然變化等。穩(wěn)定實際是一個動態(tài)過程，主要是指電力系統(tǒng)受到的大/小干擾引起同步電機電壓相角的再調(diào)整，進而造成系統(tǒng)發(fā)電和負荷之間的不平衡，從而建立起一個新運行狀態(tài)的過程。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定的意義對于電力系統(tǒng)，具有足夠的穩(wěn)定性是其正常運行的前提。隨著大型電力系統(tǒng)互聯(lián)的發(fā)展以及各種新設(shè)備的使用，在使發(fā)電、輸電更經(jīng)濟、高效的同時，也增加了電力系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性，從而暴露出很多威脅電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行的動態(tài)問題，如大機組軸系的扭振穩(wěn)定性問題；重負荷輸電線的功率振蕩問題；直流輸電引起的次同步振蕩問題和受端弱系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定問題；新型負荷引起的諧波污染、損耗及諧波穩(wěn)定問題等[1]。 關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 非線性系統(tǒng) 勵磁控制 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?；趲в蠺CSC、STATCOM的單機無窮大母線系統(tǒng)的三階模型以及針對交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)，在系統(tǒng)兼有阻尼系數(shù)不能精確測量和受外部擾動影響的情況下，首次使用自適應(yīng)backstepping 方法設(shè)計了TCSC、STATCOM及直流調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性自適應(yīng)魯棒控制器。研究結(jié)果表明所使用的設(shè)計方法完全可以應(yīng)用到多機系統(tǒng)的勵磁、汽門以及FACTS控制當(dāng)中。針對帶有常參數(shù)不確定及外部擾動的多機勵磁與汽門控制系統(tǒng)，利用自適應(yīng)backstepping 方法設(shè)計了非線性L2增益干擾