本文是一篇电力论文，电力是以电能作为动力的能源。发明于19世纪70 年代，电力的发明和应用掀起了第二次工业化高潮。成为人类历史18世纪以来，世界发生的三次科技革命之一，从此科技改变了人们的生活。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇电力论文，供大家参考。
第一章 绪论
1.1 选题背景
2015 年，风电和太阳能发电容量的增加比例分别为 22% 和 28.1%。到 2015 年底，全球风电装机容量为 433 GW，太阳能发电装机容量为 231 GW，新能源发电占全球发电总量的 6.7%[1]。根据国务院 2017 年印发的《“十三五”节能减排综合工作方案》，到2020 年，全国能源消费总量控制在 50 亿吨标准煤以内。全国挥发性有机物排放总量比2015 年下降 10% 以上。为了实现深化污染物减排、落实节能减排目标，在未来的几十年内，中国仍然会不断推动新能源发电的发展。新能源电源，如风力发电机、太阳能光伏板，均通过电力电子变换器接入电力系统。风力发电机将风中所含机械能转化为电能，太阳能光伏板将太阳能转化为电能，其共同特点是最大电能的输出量受限制于外部气候条件，即风速和光照强度。由于新能源电源对外界天气因素的高度依赖性及新能源电源电力电子接口的控制方式的影响，含有大规模新能源电源接入的电力系统表现出与传统基于同步发电机的电力系统截然不同的动态特性，这为含有大规模新能源电源接入的电力系统的运行控制带来了新的机遇和挑战。首先，由于风速和光照强度变化的随机性和不可控性，风力发电和太阳能发电均存在间歇性和随机性的特点，给电网的动态增加了更多的不确定性。依据系统在平衡点的线性化模型设计的系统控制器无法应对这样的不确定性，在电力系统受到暂态扰动时，控制设备的性能没有得到最大限度的发挥，以至于系统解列甚至失稳。因此，在占电力系统主要能源供应者的同步发电机的励磁控制系统、调速系统中做相应的增强电网弹性的控制器设计对保障系统稳定运行有重要的意义。
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1.2 国内外研究现状
同步发电机的励磁控制器主要分为线性励磁控制器和非线性励磁控制器两大类[2]。其中线性励磁控制器由线性励磁器和自动电压调节器（AVR）构成，加上电力系统稳定器（PSS）的作用，同步发电机的线性励磁控制器不仅能够抑制电力系统的暂态振荡，而且对系统中小扰动引起的振荡有抑制作用[3]。为了增强励磁系统和 PSS 对电力系统中发生的多种振荡模态的抑制作用，文献[4]和[5]分别在多个系统运行点对线性励磁器和 PSS 的参数进行了优化。随着最优控制理论的发展，文献[6]提出了线性最优和线性次最优励磁控制器。为了抑制同步发电机的轴系扭振，文献[7]设计了线性输出反馈控制器。综合上述文献[2–7]，线性励磁控制器的设计依赖于电力系统模型在某个平衡点的线性化，因此所得到的控制器缺乏对系统参数变化以及系统模型不确定性的鲁棒性。同时，线性励磁控制器的设计需要电力系统各个原件的精确参数，因此无法应对系统参数不确定性以及不确定性扰动带来的问题。由于同步发电机及其所构成的电力系统的模型本身具有高度非线性，为了避免线性励磁控制器设计过程中忽略系统的非线性动态，文献[8]采用精确反馈线性化技术设计了非线性励磁控制器。在此基础上，为了降低控制器的阶数，文献[9]以同步发电机转速为输出变量采用部分反馈线性化技术进行了励磁控制器的设计。此外，文献[10–12]分别采用模糊理论、Lyapunov 稳定性理论、和回溯迭代法进行了励磁控制器的设计。非线性励磁控制器的设计均需要拥有电力系统的精确参数，无法提供对系统参数和模型不确定性的鲁棒性。
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第二章 基于开关控制的切换控制器设计与稳定性证明
2.1 引言
对于大型工业系统，例如电力系统，系统的稳定性受到发生概率低但影响力大的事件的影响，这样的事件会为系统带来冲击性的扰动[64]。为了减轻类似事件的影响，增强系统对冲击性扰动的抵抗能力，国内外学者展开了大量的研究学习[65]。线性控制器通常依据系统在某些运行点的线性化模型设计，在大扰动发生后系统运行点偏离原来的运行点时无法提供满意的控制性能[66]。同时，系统的非线性和不确定性在线性控制器的设计过程中没有得到充分考虑。为了增强控制器对系统参数变化的鲁棒性，提出了自适应线性控制器[67]和鲁棒线性控制器[68], 自适应控制器和鲁棒控制器均意在使非线性系统在多种运行状态下表现出较好的性能。当系统受到冲击性扰动时，使用这样的控制器有可能因为没有发挥系统控制设备的最大性能而使得系统失稳，在某种意义上这是对系统资源的浪费。对于非线性控制器，系统的非线性在控制器的设计过程中得到了考虑，但大部分非线性控制并没有利用控制系统的最大控制能量[69]。传统开关控制理论是非线性控制方法中唯一在设计过程中利用了控制系统最大能量的方法[70]。根据最优控制理论，开关控制器通过求解系统哈密顿函数的正则方程获得。对于一个大型系统来说，系统的精确参数难以获得，同时一个高阶系统的哈密顿函数非常复杂，其正则方程的计算也会非常复杂。受到文献[57]中设计控制器使得系统输出误差保持在一个预先设计的漏斗状区间的启发，文献[58]提出了一种开关漏斗控制器。开关漏斗控制器的输出仅仅含有两个变量：+1 和 -1. 其中 +1 代表控制器正的最大输出量，-1 代表控制器负的最大输出量。开关漏斗控制器能够使系统的输出跟踪误差及其各阶导数保持在预先设计的漏斗状误差区间内。开关漏斗控制器的提出使采用开关控制信号控制系统而避免求取系统的哈密顿函数。开关漏斗控制器对测量时延的鲁棒性在文献[59]中有研究。文献[60]提出了针对任意阶数非线性系统漏斗开关控制器的设计方法，其中也证明了漏斗控制器的稳定性。
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2.2 切换控制器设计与稳定性证明
逻辑开关控制器不要求系统输出跟踪误差及其导数，以及他们的初始值必须包含在预先设计的误差区间内。开关控制器的误差区间边界值为常数而非时变值，简化了逻辑开关控制器的设计。在满足可行性假设条件下，逻辑开关控制器能够保证切换控制器控制下的非线性系统对冲击性扰动的恢复能力。提出了一种搜索非线性系统能承受的最大冲击性扰动 β 的方法。当发生在系统中的冲击性扰动小于 β 时，跟踪误差的边界值恢复时间在本章内容中进行了分析。设计切换控制系统的状态切换规则，使得切换控制器在一个逻辑开关控制器和一个连续控制器之间切换。Zeno 动态在开关控制器工作的过程中未被发现，即开关控制器的开关信号在有限时间内发生有限次切换。由于开关控制器能够利用系统控制的最大能力，切换控制器能够使得非线性系统恢复到扰动前的平衡点继续运行。切换控制器和开关控制器都被应用于一个单机无穷大系统同步发电机的励磁控制中。仿真结果与定理 2.1 和定理 2.2 内容吻合。由于开关励磁控制器的作用，当三相接地故障发生在系统中时，同步发电机能够稳定到原来的平衡点继续运行。相比而言，由连续控制器控制的系统则失去了稳定性。因此，开关控制器能够发掘控制系统的最大能量以增强非线性系统的冲击性扰动恢复能力。
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第三章 同步发电机切换控制系统研究 ......... 34
3.1 引言 .... 34
3.2 切换 PSS、切换调速器、和换励磁控制器设计 ............ 36
3.3 仿真结果 ........... 52
3.4 本章小结 ........... 70
第四章 基于逻辑开关控制的双馈感应风力发电机多回路切换控制 .......... 72
4.1 引言 .... 72
4.2 双馈感应风力发电机模型线性化 ..... 73
4.3 双馈感应风力发电机的四回路切换控制器设计 ............ 77
4.4 仿真分析 ........... 81
4.5 本章小结 ........... 90
第五章 基于切换控制系统的双馈感应风力发电机切换相角控制器 .......... 92
5.1 引言 .... 92
5.2 双馈感应风力发电机的内电势和虚拟转子角 ........... 93
5.3 切换相角控制器和 AGC 设计 ............ 95
5.4 双馈感应风力发电机小信号稳定性分析 .... 97
5.5 仿真分析 ........... 101
5.6 本章小结 ........... 112
第五章 基于切换控制系统的双馈感应风力发电机切换相角控制器
5.1 引言
变速恒频风力发电系统，如双馈感应风力发电机，由于其较高的风能捕获效率和较低的成本在风力发电场中广泛应用[95]。由于变速恒频风力发电机的电力电子接口和锁相同步机理[96,97]，该种风力发电机对系统的频率波动有免疫性，因此当系统中风电渗透比例增加时系统的频率稳定性降低[98]。为了解决这个问题，已有研究主要采用了两种方法来使得变速恒频风力发电机参与系统调频。第一种方法通过使风力发电机运行在非最大功率追踪状态（降负荷运行状态）来使风力发电机有备用的容量来参与电力系统的一次调频[48]。在该控制策略下，当外界系统频率降低时，风力发电机增加有功出力来支撑系统频率。为了实现风力发电机的降负荷运行，已有研究主要采用控制发电机转子转速和控制风力发电机浆距角的方法。控制发电机转速的方法通过使得风力发电机加速到大于其最大功率追踪值来达到降低正常工作状态下的输出功率的目的[49]。文献[50]采用了该方法实现风机参与系统调频。控制浆距角的方法是通过增加风机的浆距角使风力发电机的输出功率低于其可追踪的最大功率。文献[52,53]采用了该方法实现了风力发电机的降负荷运行。第二种使变速恒频风力发电机参与系统调频的方法是风力发电机虚拟惯量控制技术。通过虚拟惯量控制，使得风力发电机能够在系统频率波动的过程中模仿同步发电机的动态为系统提供频率支撑。例如通过系统频率偏差和频率偏差的导数来控制风力发电机的转子转速[99]。在文献[47]中，通过将同步发电机转子方程嵌入风力发电机的转子转速控制回路来使风机的有功出力跟随一个虚拟的转子方程来变化。实际上虚拟惯量控制是建立在减负荷运行控制的基础上的，因为风机的惯性响应要求风力发电机具有一定的有功出力裕度。此外，文献[100,101]通过加装储能装置的方式，使得风力发电机具有额外的双向功率控制能力。但是，额外的储能装置将会增加风力发电系统的整体成本。#p#分页标题#e#
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结论
本文提出了一种基于逻辑开关控制的切换控制器，证明了由该切换控制器和被控非线性系统构成的闭环系统的稳定性并且将该切换控制器应用于同步发电机的 PSS 设计、励磁控制器设计、双馈感应风力发电机协调控制器设计和双馈感应风力发电机惯性响应控制器设计中，并通过仿真分析验证了所设计切换控制器的性能。通过对闭环系统稳定性的学习，证明了开关控制器和切换控制器可以在更加宽松的可行性假设条件下工作，并且能够保证系统在受到冲击性扰动后输出变量的跟踪误差及其导数可以收敛到零。首先，开关控制器不需要系统的输出变量及其导数的初值包含在预先设计的误差区间内。其次，在开关控制器的作用下，系统在受到冲击性扰动后，输出跟踪误差及其导数可以回到预先设计的误差区间内并保持在误差区间内运行。另外，非线性系统在切换控制器的控制器下经受冲击性扰动后，能够在有限次切换后，使得系统回到扰动前平衡点继续运行。基于切换控制器在同步发电机的励磁控制器、调速器和 PSS 中的应用，设计了切换励磁控制器、切换调速器和切换 PSS。通过在 IEEE16 机 68 节点系统、Kundur4 机 2区系统中的仿真学习，说明了所设计的切换 PSS、切换励磁控制器和切换调速器能够利用同步发电机控制系统的最大控制能量抑制系统中的区间振荡和区内振荡，装备在不同同步发电机上的切换控制器之间相互协调，使得装备了切换控制器的系统的暂态稳定性和小干扰稳定性均得以增强。
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参考文献（略）
