现代控制技术在电力输电系统中的应用

龙源期刊网现代控制技术在电力输电系统中的应用作者：关艳翠来源：《山东工业技术》2016年第01期摘要：电力输电系统的控制问题对电力系统的安全稳定运行具有深远的影响，其系统本身所具有的强非线性特性，需要先进的控制技术以提高系统的性能。本文电力输电系统中所用的非线性控制技术和神经网络技术进行简述，以期能使现代控技术在电力输电系统中得到更广泛的应用。关键词：控制技术；输电系统；应用DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.1521电力输电系统非线性控制技术高压直流输电和灵活交流输电（HVDC&FACTS）技术的飞速发展，给电力输电系统的控制技术提出了新的要求。为了有效利用输电系统的资源、保护电网平稳顺利运行，提高对电力系统振荡稳定、潮流分布、紧急事故及经济运行的控制能力，必须采用先进的控制理论和方法来实现对电力输电系统的控制。20世纪80年代末，电力系统控制专家卢强院士最早将非线性控制理论引入到电力系统，最近十多年来，学术界围绕着非线性控制理论在电力系统的应用开展了大量研究工作。按照控制方法的不同可以分为：反馈线性化方法、非线性鲁棒控制方法等。（1）反馈线性化方法。反馈线性化包括基于微分几何理论的输入对状态进行反馈线性化、直接反馈线性化、输入输出线性化、逆系统方法等，这些都是解决输电系统非线性系统控制问题的有效途径，其基本方法可概括为通过恰当的非线性坐标变换与非线性状态反馈将非线性系统精确线性化，使其输入、输出之间关系用一个线性的模型来代替，然后再利用线性系统相关知识和设计方法对其进行分析与综合。其中尤其是以基于微分几何理论的非线性系统精确线性化的研究成果最多，并成功运用于工程实践，取得良好效果。例如反馈线性化在高压直流输电系统电压源换流器的精确线性化设计的应用。（2）非线性鲁棒控制法。现代电力系统在实际运行中还存在着负荷的波动变化、运行方式的变换以及故障引起的拓扑结构的变化等诸多不确定因素。为了解决这些难题，国内外学者针对输电系统非线性鲁棒控制进行了大量的研究。所谓鲁棒性是指标称系统Σ0所具有的某一种性能品质，对于具有不确定性的系统集（Σ0，ΔΣ）的所有成员均成立，亦即系统预期的设计品质不因不确定性的存在而破坏。鲁棒控制的实质即是在进行电力输电控制系统的综合分析时，充分考虑系统的不确定性（包括突发、意外等）因素，并采取各种优化算法进行处理，将不确定性的影响将到最低，从而使输电系统保持良好的动态运行状态。电力输电的非线性系统龙源期刊网的鲁棒控制研究与分析比线性系统要复杂得多，二者有着本质的不同：非线性系统的鲁棒控制内容十分丰富，类型也较多。下面介绍几种非线性系统的鲁棒控制的思路。第一种是对已经通过精确反馈线性化方法线性化处理后的伪线性系统采用线性鲁棒控制理论，进而提高非线性电力输电系统的鲁棒性。一般的，符合一定条件的非线性电力输电系统信号的扰动通过状态变换后可以变换成线性系统的信号扰动，都可以通过线性H∞控制方法、线性变结构控制方法等鲁棒控制方法来使得该扰动稳定。例如李兴源等人在高压直流输电系统非线性控制器的设计上，采用了精确反馈线性化与线性变结构控制方法相结合的方法，使系统的暂态稳定性能得到较大提高。第二种是可通过状态的变换使得非线性系统等效为新的标准型非线性系统，之后再将这个标准的非线性系统转换为带非线性扰动环节的线性系统，再运用鲁棒性的控制方法进行设计。例如于占勋就通过该思路研究了非线性变结构控制方法在电力系统包括电力输电、变电系统的应用问题。美国的瞿志华等则结合Lyapunov直接法研究了非线性鲁棒控制方法在交直流并联电力输电系统中的应用。第三种是利用精确反馈线性化对某些较为特殊的非线性对象的非线性输电系统进行局部和部分线性化，然后再利用线性鲁棒控制方法进行综合控制。王幼毅等就是采用DFL方法与变结构控制、自适应控制及其传统线性控制方法等相结合的方法解决了多输入多输出的电力系统的非线性协调控制难题。除了以上所提及的将精确反馈线性化方法与鲁棒控制法二者结合生成的非线性鲁棒控制方法以外，近年来非线性增益控制、gaekstepping方法、非线性模糊自适应法、非线性PID控制等非线性控制方法在电力输电系统也获得了快速的发展。2电力输电系统神经网络控制技术神经网络主要依靠模拟人类神经元的构造，通过多个神经元组合成一个复杂的网络，能够通过自学习功能模拟强非线性系统。神经网络用于输电系统的交直流电流控制，和传统的PID控制性能进行比较，具有在大的运行范围内具有最优性能，可以在线调整参数和学习先验知识的优点。神经网络同时还在输电系统中的稳定性、故障辨识和继电保护中的控制中有广泛的应用。已经有研究利用人工神经网络模式识别技术，实现了超高压输电线路方向高频保护，建立了3层BP网络。该保护通过对被保护线路电压、电流特征值的控制，不仅能自适应地识别输电线路在各种运行方式和故障条件下的故障方向及故障相别，而且在整个时域上都具有准确的识别能力，克服了各种方向高频保护的缺陷，满足了作为超高压输电线路主保护的控制要求。图1为BP神经网络的对线路保护控制结构图。3总结龙源期刊网综上所述，电力输电的交流输电尤其是直流输电系统是较为复杂的系统，其控制问题一直以来都是工程界关注的重点之一。现有的输电系统现代控制机技术有了较深入的研究，与多种现代控制技术相结合，如非线性控制、鲁棒控制、神经网络控制等，电力输电系统获得了良好的控制性能。还有部分研究正处于试验研究阶段，这些研究也将为将为输电系统的安全稳定运行和规划奠定了充分的理论基础。参考文献：[1]QiangLu，YuanzhangSunandGordonK.F.Lee，NonlinearOptimalExcitationControlforMultimachineSystems[C].Proc.ofIFACSymposiumonPowerSystemModellingandControlAnnlication.Brussels.Belgium.Sent.，198827-32[2]范彬.自抗扰控制技术在轻型高压直流输电系统中的应用[D].西南交通大学，2013.作者简介：关艳翠（1981-），女，满族，新疆乌鲁木齐人，硕士，讲师，研究方向：控制工程。