基于能量的结构保持复杂动态电力系统稳定性分析与鲁棒控制研究

具有不确定扰动的结构保持复杂动态电力系统鲁棒控制仍是目前电力工程领域研究的热点之一，现有控制理论尚不能有效地解决该系统的镇定问题。本项目拟采用基于能量的伪广义Hamilton系统延迟控制理论对非线性微分代数不确定复杂系统的分析与鲁棒控制问题进行研究。在理论研究方面，给出基于能量函数理论的非线性微分代数系统的伪广义Hamilton实现，采用时变Lyapunov函数方法分析系统的稳定性。基于延迟系统的伪广义Hamilton实现结构进行鲁棒控制，并给出具有不确定扰动系统的鲁棒控制条件和方法。在应用研究方面，建立具有不确定扰动的结构保持复杂电力系统数学模型，对其进行伪广义Hamilton系统实现，考虑广域量测信号延迟设计系统的鲁棒控制器，进行动态性能分析和仿真验证。本课题的研究，将进一步完善基于广义Hamilton能量函数的控制理论体系，推广其在结构保持复杂动态电力系统鲁棒控制方面的应用。

研究基于能量的结构保持复杂动态电力系统稳定性分析以及鲁棒控制方法。首先推出伪广义Hamilton系统理论，在广义Hamilton实现方法的基础上通过构造新的Lyapunov函数，实现了一类非线性系统的直接镇定控制。然后给出存在转移电导影响的电力系统伪广义耗散Hamilton系统模型，采用阻尼注入和能量补偿方法进行励磁控制器的设计，给出判断系统渐近稳定性的近似方法，还应用于含FACTS装置的多机系统协调控制。其次根据实际电力系统广域测量的的特点，建立广域电力系统的非线性时滞Hamilton模型，提出计及传输信号时滞的广域控制器设计方法，推导出以矩阵不等式为形式的时滞依赖稳定性判据，实现了含有时滞的广域反馈控制。另外在高阶矩阵分块与块对角占优的基础上提出了复杂矩阵正定性的判断方法，并基于电力系统Hamilton函数的Hessian矩阵特性提出了判定该系统渐近稳定方法，给出Hessian矩阵分析时各个元素单位不一致的相应实用的解决办法。针对凸极式发电机的详细模型和STATCOM的协调控制的复杂性，建立凸极式发电机与STATCOM所组成的具有约束代数方程的非线性系统模型，给出励磁与STATCOM和非理想STATCOM模型协调控制方法；最后进行Lagrange力学化理论在多机电力系统中的应用，研究分析力学中Euler-Lagrange方法与系统Hamilton实现，并应用到奇数阶电力系统动态模型中，推导出电力系统的Hamilton实现及相应的Hamilton函数，进而结合电力系统本身特性给出相应的控制律。还将Hamilton系统理论引入超导储能装置和风力发电系统的动态稳定性分析，从分析力学角度和能量成型观点出发构建了对应的Hamilton能量函数，并证明其满足Lyapunov函数条件，设计了超导储能非线性稳定控制器，用于改善角度稳定性。研究成果将有力地推动多重参数结构保持复杂动态电力系统鲁棒控制方面的应用。