电力系统的非线性干扰抑制和稳定控制方法研究

常 玲 胡高山 白国君

摘要：随着电力电子技术的不断发展，电力系统呈现出越来越复杂的非线性特性。电力系统的稳定性是保证电力系统安全运行的重要因素。在当前复杂的电力系统中，系统的稳定性非常重要。事实上，电力系统也随时受到各种干扰。这种干扰具有随机性，特别是负荷的随机波动，给电力系统带来了一定的安全风险，必须进行电力系统的非线性干扰抑制和稳定控制方法研究，对电力系统的非线性问题加以解决。

关键词：电力系统；非线性；控制方法

电力系统是一个复杂的非线性系统，随着超高压电网的快速发展，提高电力系统运行的安全性和稳定性已成为一个日益重要和迫切的研究课题，除了建设和采取应急措施外，最重要的是对相关部位采取有效的控制措施。随着现代控制理论的不断发展，各种先进的控制方法在电力系统控制中得到了广泛的应用。在提高电力系统性能的同时，为解决电力系统的安全、稳定和经济运行问题提供了多种途径。

一、电力系统控制问题与控制意义

第一，电力系统的控制问题

虽然我国高度重视电力系统控制，但长期的技术体制仍需先完善，控制业务的拓展主要体现在对相关数据没有深入了解的情况下，多数时候选择简单的工作来处理，表面上取得了各部门的工作效果，但实际上并没有从根本上处理好，导致电力系统控制问题屡屡发生。控制技术的研究和发展相对较低，甚至没有加强创新。一旦发生这种情况，电力系统的控制容易陷入更大的困境，这也严重影响了未来业务的发展。由此可见，电力系统控制处于艰难境地。

第二，电力系统控制意义

应用现代控制技术的意义在于电力系统控制本身。传统手段的应用并没有取得理想的效果，而现代控制技术的应用则是综合改善效果的问题。在专业上可以大大提高。首先，现代控制技术体系在不断完善。在处理许多问题的过程中，可以按照有目的的方法来完成，基本上不会有新的问题。其次，旧的控制系统可以按照不断创新的模式进行，现代控制技术系统也可以紧跟其后。控制技术在操作方便性上有了很大的提高，能够快速掌握和解决电力系统控制中许多意想不到的问题，为未来业务的发展做出突出贡献。电力事业发展过程中, 系统控制是较为敏感的内容, 通过对现代控制技术良好应用, 可提高电力系统控制水平, 完善控制体系, 减少事故突发现象。现代控制技术的发展和研究过程中, 表现为多元化特点, 需要进一步加强现代控制技术的有效应用, 在创新力度上不断提升, 确保电力系统控制的内涵能够得到良好的增加, 为地方电力事业进步提供更多的保障。

二、非线性控制

现代控制技术的提出, 符合国家技术创新的潮流和趋势, 同时能够与电力系统控制的多项要求积极结合, 在各项工作的实践过程中, 不仅提供了理论上的基础, 更加能够促使控制效率、控制质量更好的提升。与既往工作有所不同, 电力系统控制的开展, 受到的影响因素较多, 尤其是动态影响因素, 必须坚持从不同的角度来提高现代控制技术的科学应用, 确保将来的工作前进, 能够不断创造出更高的价值。从电力系统控制的角度来看，现代控制技术的应用可以加强非线性控制技术的应用，这种技术的运行水平更高，而且处理问题的效率也可以提高，如在非线性控制技术的应用过程中，可以通过直接反馈线性化的方法来提高电力系统的控制内容，不需要复杂的数学计算，从而可以更清晰地表达在物理概念中。非线性控制工作主要是采用集成控制器进行设计，对提高电力系统控制的稳定性有很大的保证。即使发生突发性停电，也能快速处理突发事件，同时对电压的性能调节有很好的效果。从功能的角度来看，非线性控制技术的运用可以为电力系统控制提供更多的帮助和指导。

三、电力系统的非线性干扰抑制和稳定控制方法

第一，微分几何法

微分几何设计过程：第一步：坐标变换；第二步：设计非线性状态反馈，实现非线性系统的正确线性化；第三步：根据目标控制的不同目标，采用相应的线性化方法设计非线性控制器。以单输入非线性系统为例，非线性系统通过非线性状态反馈，将原系统转化为完全可控的线性系统。理论基础扎实，易于推广到更复杂、更抽象的模型，这是微分几何方法的优点，但由于非线性控制器的数学层次高、结构复杂，影响了其在工程实践中的广泛应用，这是微分几何的缺点。

第二，Lyapunov直接控制法

Lyapunov直接控制法理论适用于所有系统，但电力系统的代数变量是由隐式决定的，因此需要找到满足要求的Lyapunov函数，但函数的结构没有规定的路径。非线性控制器的设计分为三个步骤：（1）根据要求构造Lyapunov函数；（2） 寻找合适的控制规则，使V（x）为所有系统轨迹中的最大负值；（3）选择变量使控制器设计更加精确。

第三，Hamilton函数法

Hamilton函数法从能量的角度出发，近年来在电力系统非线性控制中受到人们的重视，Hamilton函数法在电力系统稳定性分析等控制问题中受到研究人员的重视，Hamilton函数法可以借助于系统的结构特点来设计控制器。所设计的控制器结构简单，易于在化工系统等领域实现。Hamilton函数法在非线性控制中取得了良好的效果。

第四，逆系统法

虽然非线性系统逆系统方法的基本原理是反馈线性化，它可以直接对非线性系统进行线性化，推理过程简单是逆系统方法最突出的特点，所以广泛应用于电力系统控制之中。

第五，智能控制法

智能控制是一种基于人工神经网络的多电源综合智能控制系统，解决了系统控制的许多问题。神经网络具有学习复杂函数映射的能力，并提供建模和控制的结构。智能控制具有许多优点，例如能够处理各种非线性问题。针对固定增益的线性最优励磁控制对大、小干扰和无法考虑强非线性约束的不足问题, 用模糊控制与线性最优控制结合的非线性自适应变增益励磁控制得以解决。作为一种智能控制技术，电力系统控制的发展受到了社会的高度关注。除上述技术外，还可以通过智能控制技术来完成。总之，智能控制技术的运行主要是将智能化的概念融入电力系统控制中，对于电力系统控制技术标准、参数变化、设备运行状况都可以引入智能化的概念。仪表可以用来进行监控，任何发现的偏差和问题都可以快速反馈，甚至可以发出不同类型的报警。可以提醒员工和技术人员快速处理电力系统控制问题，实现智能控制，控制技术的应用为电力系统控制的发展提供了更大的保障，今后应继续研究和完善控制技术体系。

第六，模糊控制技术

在现代控制技术模糊控制技术的应用过程中，为了使电力系统控制系统更加完善，在各项业务的发展中不断创造高价值，提高模糊控制技术应用的重要性，如火电厂中，冷却水温度控制的发展将对整个电力系统的控制发展产生很大的影响。通过模糊控制技术的良好应用，可以利用PLC程序完成计算过程，从而根据后信号的特点提高计算结果，根据相关控制依据调整泵组，可以很好地控制泵组的速度标准和循环。近年来，模糊控制技术得到了电力系统控制的高度赞扬。

四、结语

综上所述，近年来，人们对电力系统的非线性控制产生了浓厚的兴趣。非线性控制的研究对于改善电力系统的暂态稳定和电压稳定起着不可替代的作用，但非线性系统是复杂的，目前还没有通用的非线性控制方法。电力系统的控制问题也很复杂，很难同时满足多个相互矛盾的控制目标。目前，控制器的设计大多基于短期电力系统模型。如何提高整个电力系统的稳定性是一个值得研究的问题。

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项目名称:电力系统的非线性干扰抑制和稳定控制方法研究

项目编号：LJKX202013

本项目受 辽宁省教育厅科学研究经费项目 资助