大規(guī)模電力系統(tǒng)時滯穩(wěn)定性的稀疏特征值分析方法研究結(jié)題摘要

本項目開展了大規(guī)模電力系統(tǒng)的時滯穩(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近似有理多項式來逼近時滯環(huán)節(jié)，本項目提出了一種計算大規(guī)模時滯電力系統(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，分析時滯電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性和設(shè)計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模式諧振條件下，一個模式作為周期性擾動作用于另一個模式而引起系統(tǒng)強迫功率振蕩的機理，提出了模式匹配方法、諧振點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。同時以恢復負荷和增加發(fā)電機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。在較短時間內(nèi)達到環(huán)網(wǎng)并列條件的同時，也實現(xiàn)了對部分重要負荷的恢復，這顯然能夠提高恢復效率，加快恢復進程，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，存在不可忽略的時滯，從而使得電力系統(tǒng)成為一個典型的時滯系統(tǒng)。時滯是導致系統(tǒng)控制律失效、運行狀況惡化和系統(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。本項目擬開展大規(guī)模電力系統(tǒng)的時滯穩(wěn)定性的稀疏特征值方法研究，高效求解系統(tǒng)的時滯關(guān)鍵特征值、時滯穩(wěn)定裕度（域），求取考慮時滯影響的關(guān)鍵特征值對時滯/運行參數(shù)/元件參數(shù)的靈敏度，提出計及時滯的廣域信號/控制器安裝地點選擇方法，提出單個控制設(shè)備多控制通道之間和多個控制設(shè)備之間交互影響的量化評估新方法，初步建立含時滯環(huán)節(jié)的大規(guī)模電力系統(tǒng)時滯穩(wěn)定性特征值分析的理論框架，為考慮時滯影響的廣域阻尼控制器設(shè)計提供理論支持。

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，往往會導致擾動無法及早察覺，控制作用無法及時奏效，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)計的控制系統(tǒng)一直是控制科學中十分關(guān)注的問題。

時滯控制系統(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，只要該時間間隔大于純滯后時間，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為純滯后產(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。

時滯控制系統(tǒng)史密斯預(yù)估補償控制

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)估補償控制方法，故稱為Smith預(yù)估補償控制。

該方法按照對象特性，設(shè)計一種模型加入到反饋控制系統(tǒng)，估計出對象在擾動作用下的動態(tài)響應(yīng)，提早進行補償，使控制器提前動作，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)計和系統(tǒng)分析變得復雜。具有時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，考慮時滯的邊界輸出反饋控制器的設(shè)計問題的文獻也很有限。本項目擬采用正則線性系統(tǒng)的擾動理論，研究具有時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散的種群動力系統(tǒng)；在抽象框架下設(shè)計出時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方程、薛定諤方程等方程的控制器設(shè)計問題。

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)計和系統(tǒng)分析變得復雜。本項目的目標是處理具有時滯和邊界控制的無窮維線性系統(tǒng)的相關(guān)性質(zhì)以及考慮時滯的邊界輸出反饋控制器的設(shè)計問題。具體地，我們采用正則線性系統(tǒng)的擾動理論，研究具有時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力系統(tǒng)的適定性和漸近性這一公開問題；進一步得到了考慮懷孕死亡和空間擴散的種群動力系統(tǒng)適定性和漸近性問題；在抽象框架下設(shè)計了時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方程、薛定諤方程方程的時滯控制器設(shè)計問題。已經(jīng)發(fā)表了SCI學術(shù)論文10篇、EI會議論文1篇。 2100433B