大規(guī)模電力系統(tǒng)時(shí)滯穩(wěn)定性的稀疏特征值分析方法研究

本項(xiàng)目開展了大規(guī)模電力系統(tǒng)的時(shí)滯穩(wěn)定性的稀疏特征值方法等方面的研究。取得的主要研究成果包括： 1. 利用Pade近似有理多項(xiàng)式來逼近時(shí)滯環(huán)節(jié)，本項(xiàng)目提出了一種計(jì)算大規(guī)模時(shí)滯電力系統(tǒng)部分特征值的方法。該方法使得沿用常規(guī)電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的特征值分析方法理論和框架，分析時(shí)滯電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)廣域阻尼控制器成為可能；完善和豐富了基于特征值的小干擾穩(wěn)定性分析理論。 2. 為了充分理解和揭示強(qiáng)模式諧振條件下，一個(gè)模式作為周期性擾動(dòng)作用于另一個(gè)模式而引起系統(tǒng)強(qiáng)迫功率振蕩的機(jī)理，提出了模式匹配方法、諧振點(diǎn)查找和諧振模式對辨識技術(shù)，并提出了基于響應(yīng)成分和振蕩特征的低頻振蕩類型判別方法。 3. 針對電力系統(tǒng)恢復(fù)過程中環(huán)網(wǎng)并列問題，提出了合閘角調(diào)控的一般性原則。同時(shí)以恢復(fù)負(fù)荷和增加發(fā)電機(jī)有功出力為控制手段，提出了基于混合整數(shù)規(guī)劃模型的最優(yōu)調(diào)控方法和基于兩階段解耦的優(yōu)化調(diào)控方法。在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到環(huán)網(wǎng)并列條件的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了對部分重要負(fù)荷的恢復(fù)，這顯然能夠提高恢復(fù)效率，加快恢復(fù)進(jìn)程，減小停電損失。 2100433B

基于廣域測量信息的電力系統(tǒng)阻尼控制，為克服傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）的不足，解決我國大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)后出現(xiàn)的（超）低頻功率振蕩提供了新的手段。廣域信息在通信和處理過程中，存在不可忽略的時(shí)滯，從而使得電力系統(tǒng)成為一個(gè)典型的時(shí)滯系統(tǒng)。時(shí)滯是導(dǎo)致系統(tǒng)控制律失效、運(yùn)行狀況惡化和系統(tǒng)失穩(wěn)的一種重要誘因。目前，雖然在考慮時(shí)滯影響的廣域阻尼控制方面開展了大量研究，但理論基礎(chǔ)依然薄弱。本項(xiàng)目擬開展大規(guī)模電力系統(tǒng)的時(shí)滯穩(wěn)定性的稀疏特征值方法研究，高效求解系統(tǒng)的時(shí)滯關(guān)鍵特征值、時(shí)滯穩(wěn)定裕度（域），求取考慮時(shí)滯影響的關(guān)鍵特征值對時(shí)滯/運(yùn)行參數(shù)/元件參數(shù)的靈敏度，提出計(jì)及時(shí)滯的廣域信號/控制器安裝地點(diǎn)選擇方法，提出單個(gè)控制設(shè)備多控制通道之間和多個(gè)控制設(shè)備之間交互影響的量化評估新方法，初步建立含時(shí)滯環(huán)節(jié)的大規(guī)模電力系統(tǒng)時(shí)滯穩(wěn)定性特征值分析的理論框架，為考慮時(shí)滯影響的廣域阻尼控制器設(shè)計(jì)提供理論支持。

滯后對控制系統(tǒng)的品質(zhì)有很不利的影響，由于滯后的存在，往往會(huì)導(dǎo)致擾動(dòng)無法及早察覺，控制作用無法及時(shí)奏效，造成控制效果不好甚至無法控制。因此針對滯后現(xiàn)象設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)一直是控制科學(xué)中十分關(guān)注的問題。

時(shí)滯控制系統(tǒng)采樣控制

采樣控制是一種定周期的斷續(xù)控制方式，即控制器以一定時(shí)間間隔采樣一次被控參數(shù)，與設(shè)定值比較后經(jīng)控制規(guī)則產(chǎn)生控制信號，只要該時(shí)間間隔大于純滯后時(shí)間，就可以逐漸修正控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定狀態(tài)。

該方法犧牲了控制速度，采取等待的方式避免控制器因?yàn)榧儨螽a(chǎn)生過反應(yīng)、過操作。這是一種比較簡單粗糙的解決方案，對于精度和速度要求不高的系統(tǒng)較為適用。

時(shí)滯控制系統(tǒng)史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制

為了改善大滯后系統(tǒng)的品質(zhì)，1957年O.J.M.Smith提出了一種以過程模型為基礎(chǔ)的大滯后預(yù)估補(bǔ)償控制方法，故稱為Smith預(yù)估補(bǔ)償控制。

該方法按照對象特性，設(shè)計(jì)一種模型加入到反饋控制系統(tǒng)，估計(jì)出對象在擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提早進(jìn)行補(bǔ)償，使控制器提前動(dòng)作，從而降低超調(diào)量，加速調(diào)節(jié)過程。2100433B

偏微分方程控制理論是現(xiàn)代分布參數(shù)控制理論研究的熱門課題。由于物理和技術(shù)上的原因，人們往往將控制器和傳感器設(shè)置在系統(tǒng)的邊界上。時(shí)滯的出現(xiàn)可能產(chǎn)生很壞的影響，如破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，讓控制器的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)分析變得復(fù)雜。具有時(shí)滯和邊界控制的無窮維線性系統(tǒng)的相關(guān)性質(zhì)目前還沒有系統(tǒng)的研究。同樣，考慮時(shí)滯的邊界輸出反饋控制器的設(shè)計(jì)問題的文獻(xiàn)也很有限。本項(xiàng)目擬采用正則線性系統(tǒng)的擾動(dòng)理論，研究具有時(shí)滯邊界輸出線性系統(tǒng)的適定性和正則性、以及反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，得到一些必要和充分性條件，并把所得結(jié)論用于解決具有無界出生過程的種群動(dòng)力系統(tǒng)的適定性和漸近性問題以及考慮懷孕死亡和空間擴(kuò)散的種群動(dòng)力系統(tǒng)；在抽象框架下設(shè)計(jì)出時(shí)滯輸出反饋控制系統(tǒng)的基于觀測器和預(yù)估器的同位和非同位控制器，并把所得到的結(jié)果用于解決高維波動(dòng)方程、薛定諤方程等方程的控制器設(shè)計(jì)問題。

偏微分方程控制理論是現(xiàn)代分布參數(shù)控制理論研究的熱門課題。由于物理和技術(shù)上的原因，人們往往將控制器和傳感器設(shè)置在系統(tǒng)的邊界上。時(shí)滯的出現(xiàn)可能產(chǎn)生很壞的影響，如破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，讓控制器的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)分析變得復(fù)雜。本項(xiàng)目的目標(biāo)是處理具有時(shí)滯和邊界控制的無窮維線性系統(tǒng)的相關(guān)性質(zhì)以及考慮時(shí)滯的邊界輸出反饋控制器的設(shè)計(jì)問題。具體地，我們采用正則線性系統(tǒng)的擾動(dòng)理論，研究具有時(shí)滯邊界輸出線性系統(tǒng)的適定性和正則性、以及反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，得到了一些必要和充分性條件；利用所得的結(jié)論，我們解決了帶無界出生過程的種群動(dòng)力系統(tǒng)的適定性和漸近性這一公開問題；進(jìn)一步得到了考慮懷孕死亡和空間擴(kuò)散的種群動(dòng)力系統(tǒng)適定性和漸近性問題；在抽象框架下設(shè)計(jì)了時(shí)滯輸出反饋控制系統(tǒng)的基于觀測器和預(yù)估器的同位和非同位控制器，證明了其合理性(適定性)，由此解決了高維波動(dòng)方程、薛定諤方程方程的時(shí)滯控制器設(shè)計(jì)問題。已經(jīng)發(fā)表了SCI學(xué)術(shù)論文10篇、EI會(huì)議論文1篇。 2100433B