超导储能装置非线性鲁棒控制器设计.pdfVIP

2001 年 9 月 10 日　　　　　　 　　　　　　 Sep t. 10, 2001 1 超导储能装置的非线性鲁棒控制器设计 关天祺, 梅生伟, 卢　强, 蒋晓华 (清华大学电机系, 北京 100084) 摘要: 首先讨论了超导储能装置(SM ES) 建模问题, 根据 SM ES 样机实验结果, 构造了 SM ES 的二 阶鲁棒模型; 然后在单机无穷大系统中, 得到了含 SM ES 的电力系统非线性鲁棒模型。进一步, 基 于反馈线性化方法将系统线性化, 再利用线性H ∞理论求得 SM ES 的鲁棒控制规律。最后, 用数字 仿真检验控制规律的有效性。结果表明在各种工况下, SM ES 的非线性鲁棒控制器均可使系统在受 到大干扰后迅速恢复正常运行, 并显著提高系统的暂态稳定极限, 从而提高系统的输电能力。 关键词: 超导储能装置; FA CT S; 非线性鲁棒控制; H ∞控制; 反馈线性化 中图分类号: TM 917; TM 712; O 231 2 0　引言 统鲁棒模型, 然后利用反馈线性化方法对系统进行 了全局线性化, 最后基于H ∞理论构造 SM ES 的非 超导储能装置(SM ES) 最初是作为负荷调峰设 线性鲁棒控制律, 并对所设计的控制律进行了计算 备出现的。与其他储能装置如抽水蓄能电站、飞轮储 机仿真, 结果表明该控制律可以大大提高系统的暂 能、蓄电池等相比, 超导储能具有 2 个主要优点: 态稳定性能, 使系统在受到大干扰的情况下很快恢 ①不需要把电能转变成其他形式的能量, 因而能量 复正常运行。 转化的效率非常高; ② 响应时间只受控制回路的时 间常数和换流器的开关时间限制, 因而动态性能很 1　系统的数学描述 好, 即响应速度很快。这2 个优点使得超导储能在电 11　SM ES 模型 力系统中的应用得到了很大的拓展, 可以用来提高 为了减少谐波并扩大 SM ES 的有功和无功功 系统的暂态稳定性, 提高电能质量, 或作为 FA CT S [ 1 ] 率的调节范围, SM ES 的换流器通常采用 2 组并联 设备在电力系统中发挥作用 。 的电流型换流器的结构。这种结构可以保证 SM ES 近年来, 随着电力电子技术和应用超导技术的 [ 4 ] 向系统输出的有功和无功功率实现解耦控制 , 如 发展, 大型超导储能装置逐渐被应用到电力系统中。 图 1 所示。 如何利用 SM ES 来提高系统的暂态稳定性能, 即在 大干扰的条件下保证系统能恢复稳定运行, 或增大 系统阻尼以使系统在受到干扰后快速恢复正常运 行, 这个问题已引起越来越多的电力系统研究者的 关注[ 2～ 11 ]。尤其是FA CT S 设备出现以来, 超导储能 装置作为新的 FA CT S 家族的成员, 更成为一个新 的研究领域和焦点。但我们也注意到, 在已有的研究 工作中, 还存在一些问题, 例如, 用小干扰下近似线 性化的模型研究大干扰下的稳定问题[ 10 ] , 或在