[发明专利]一种用于动态稳定控制的多平衡点非线性系统的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种用于动态稳定控制的多平衡点非线性系统的设计方法。

背景技术

随着大区互联电网的形成，电力系统的动态安全稳定问题也变得更加复杂，包括大区互联电力系统的动态特性、大区互联电网的运行控制、受端系统的电压稳定性、交直流系统的相互影响等。这些问题使电力系统的安全稳定运行面临新的挑战，也对电力系统安全稳定分析和控制提出了新的要求。然而到目前为止，解决电力系统小扰动动态稳定广域控制的方法由于线性化方法的引入，给控制器设计带来了一定的累积误差。此外，现存大扰动动态稳定广域控制方法大多依赖于时域仿真和简化，并未给出严格的数学证明，也给控制器的设计带来了一定难度。

同步机组是电力系统的重要组成部分，其是否同步与电力系统的动态稳定性有着密切的关系。对于同步机组来说，表征其动力学特性的非线性动力学方程的类梯度性（即全局渐进稳定性）即对应于同步机组的同步特性。为保证电力系统的动态稳定，对于同步机组来说，了解何时会发生持续的混沌振荡及如何避免振荡的发生具有极其重要的意义。其原因在于：一方面，在非线性系统具有混沌吸引子的情况下连续运行会造成同步特性的破坏并导致贵重设备的严重损失；另一方面，混沌振荡会导致有害暂态谐振的永久危害。

近些年，很多相关文献，比如文献一IEEE Transactions on Magnetics,2003,39:2995-2997,Design of permanent magnets to avoid chaos in PM synchronous machines,Gao,Y.& Chau,K.T.;文献二IEEE Trans.on Circ.Sys.I.,1994,41:40-45,Strange attractors in brushless DC motors,Hemati N和文献三IEEE Trans.Power System,2004,19:1918-1924,Hysteresis and bifurcations in the classical model of generator,Subbarao D.and Singh K K,文献中究了同步机组模型的复杂动力学特性，可以由一系列非线性微分方程进行描述。其中，文献一研究了当没有配置合适尺寸永久磁极时PM同步机组的Hopf分叉和混沌现象。文献二中则指出了直流电机的开环动态特性等价于具有混沌特性的Lorenz系统。动态系统中存在多个吸引子说明了动态系统多种控制条件存在的可能性。在理论推导方面，文献四，Non-local methods for pendulum-like feedback systems(Teubner-Texte zur Mathematik Bd.132,B.G.,Teubner Stuttgart-Leipzig),1992，Leonov G A,Reitmann V and Smirnova V B,给出了保证同步机组同步渐进稳定性的频域判据条件。然而，由于频域条件在验证过程中具有一定的难度，还需要进一步对其进行简化。此外，在上述文献中也未提出相应的动态稳定控制器设计方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于动态稳定控制的多平衡点非线性系统的设计方法，从非线性系统的同步机组模型的稳定性和混沌特性分析出发，利用多平衡点非线性系统时频域分析方法进行控制器设计，所得到的理论结果可避免传统电力系统动态稳定分析中由于线性化引入的累积误差。

本发明提供的一种用于动态稳定控制的多平衡点非线性系统的设计方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

1）建立同步机组模型，并确定类梯度的定义；

2）判断同步机组模型的类梯度性；

3）对步骤1）同步机组模型进行控制器设计；

4）将步骤3）的控制器进行电力系统动态稳定分析与控制。

其中，步骤1）所述建立同步机组模型：

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