摘 要 在新兴科学技术及新能源大规模应用新常态下,非线性元件日益增多,确保在技术系统及能源系统中的电子设备可以得到有效应用,赋予电力系统非线性,在提高电力系统运行效率同时,基于非线性因素给电力系统带来的运行压力越来越大,严重影响电力系统稳定运行成效。本文通过研究电力系统中非线性控制器的布点问题,以期为提高电力系统运行稳定性提供依据。
关键词 电力系统;非线性控制器;布点问题
在城乡一体化建设进程中,各个地区及社会建设与发展各个领域对电力的需求量与日俱增,电网正朝着复杂化、元件多样化、系统庞大化方向发展,在提高电力系统供电能力同时,电力系统控制难度随之增加,怎样保障电力系统稳定运行,降低电力系统运行进程中故障发生概率,已然成为电力系统设计及工作人员需要思考与解决的重要问题之一。基于此,为提高电力系统稳定性、安全性、运行有效性,满足各个地区及社会建设与发展各个领域对电力的需求,研究电力系统非线性控制器布点问题显得尤为重要。
1 研究电力系统中非线性控制器布点现状
当前国内外有关电力系统中非线性控制器布点研究的力度相对较大,其中FACTS设备、PSS及非线性控制器设计研究相对较多,然而与电力系统中非线性控制器布点问题的研究成果相对较少,这也为本次研究创造条件,为此在当前电力系统研究发展新常态下,围绕非线性控制布点现状、布点思路及其未来发展进行研究势在必行。
我国自20世纪70年代展开非线性控制研究,主要运用微分几何针对非线性系统能观性、能控性进行分析,并逐渐形成精度较高且富有实效性的算法,可以在局部微分同胚加持下,实现非线性控制变为线性控制的目标,这种方法经过系统仿真模拟及实际应用考证,具有一定应用价值,可以保证非线性控制器所在系统安全稳定,降低电网扰动现象发生概率,具有改善电力系统动态品质的能力,同时可以有效抑制线路振荡功率,继而为提高电力系统经济效益夯实技术基石。
非线性鲁棒控制技术及相关研究以微分几何、微分博弈理论为基础,在该技术加持下电力系统可规避强非线性消极影响,降低闭环系统受电力系统参数及抑制系统模型干扰现象发生概率,以非线性鲁棒控制技术在综合性电机系统研究中的应用为例,首先技术人员将电力系统建成不确定模型,其次在反馈线性化基础上运用干扰抑制技术得到滑动模态,最后在该模态中设计滑模结构,依据鲁棒励磁控制理念设计该结构,实现非线性控制器合理布点目标。运用非线性鲁棒控制技术具有加速电力系统运行,提升多机系统运行稳定性,提高电力输送量等积极意义[1]。
逆系统方法主要是指在电力系统中敷设逆系统,使其与电力系统非线性影响相互抵消,确保电力系统与逆系统补偿器之间属于线性传递关系,继而保障非线性控制器在电力系统中布设科学合理。以汽轮发动机组运用逆系统方法为例,首先选取发动機与功角作为电力系统控制及输出端,其次获取电力系统中α阶逆系统,最后运用相关公式计算非线性解耦规律,依据该规律找到最佳控制方略,达到提高汽轮发动机组运行稳定性的目的,同时还可提高该系统电压精度,凸显逆系统方法在电力系统中的应用价值。
除微分几何法、非线性鲁棒控制技术、逆系统方法外,当前应用在电力系统中非线性控制器布点问题的方法还包括反馈线性化法、自适应控制法等。通过对现有电力系统中非线性控制器布点问题研究成果进行分析可知,微分几何对电力系统参数继数学模型精度有一定要求,非线性鲁棒控制技术对电力系统无过多要求,可以运用在未知行较强的电力系统中,帮助设计人员解决非线性控制器布点问题,虽然该技术对电力系统模型无过多要求,但仍需要建立大致的模型,降低该方法在非线性控制器中布点中的应用质量[2]。
2 研究电力系统中非线性控制器布点思路
为使电力系统中非线性控制器布点问题研究更富科学性,以常见分析研究方法为主,如逆系统方法、自适应控制法等,针对常规电力系统中非线性控制器布点思路进行研究,基于大多数研究方法对数学模型有一定要求,且需要通过计算进行设计,为此非线性控制器的设计需从实际出发,通过电力系统非线性特征与非线性控制器互相抵消,得到较为稳定的线性化系统,为简化原复合模型需运用变量代换方法,继而得到非线性控制器布点方程,同时可保障该方程与线性系统稳定运行需求相契合,并运用现有线性电力系统布设理念进行研究与实践。
2.1 设计非线性控制器
忽视非线性控制器限速、限幅等约束条件,将该控制器视为处于理想状态,需率先在逆系统方法加持下设计得出非线性补偿器,用以抵消电力系统中非线性特征,赋予非线性对象、非线性补偿器输出、输入关系,在电力系统线性因素加持下设计闭环控制器,为落实控制器布点目标奠定基础[3]。
2.2 简化非线性控制器及其所在复合模型
通常情况下电力系统布点优化方式较为直接,立足电力系统以优化布点元件的形式进行简化处理,并获得相关线性方程,相较于普遍性电力系统布点优化方式,立足非线性控制器的布点方式较为复杂,这就需要技术人员率先简化元件复合模型,在得到相应模型基础上,落实线性化处理目标,并得到低阶线性模型,同时降低该系统中控制器布点难度。
2.3 立足电力系统建立布点模型
技术人员需充分明晰电力系统运行需求,以此为由树立非线性控制器布点目标,为顺利展开相关工作奠定基础,制定与之相关布点及评价指标,在此基础上获取该模型优化建设所需目标函数,在非线性控制器布点与评价指标之间建立参数关系,用以明确非线性控制器在电力系统中的布点位置,为确保布点位置精准无误,需考虑该模型约束条件,为优化电力系统布点模型奠定基础。
2.4 模型求解依据
电力系统中非线性控制器布点模型特点,对该模型进行求解,为提高模型求解效率,需在总结以往控制器布点经验同时探寻最优算法,继而依据该计算结果确定非线性控制器布点参数,有效落实该系统控制器布点目标,为此技术人员可在得到模型后进行试验,并依据实验结果持续优化相应模型,旨在有效引导技术人员完成电力系统中非线性控制器布点任务[4]。
3 研究电力系统中非线性控制器布点发展
通过对电力系统中非线性控制器布点研究现状及布点思路进行分析可知,我国在科学技术飞速发展新常态下,已经掌握非线性控制器布设方法,接下来需在总结以往研究经验基础上,持续优化布点参数,确保相关控制器布点精准、稳定,这就需要电力系统技术研究人员做好以下几点:一是持续优化布点思路,设计更加稳定的非线性控制器,充分发挥其非线性特性抵消能效,进一步简化复合模型,推动布点元件评价指标朝着行业化、规范化、市场化方向发展,确保布点元件从设计到制造,均为电力系统服务,缩减元件选配时间,为顺利完成电力系统中非线性控制器布点任务奠定基础;二是提高电力系统中非线性控制器智能化、信息化布点质量。在“互联网+”背景下,非线性控制器布点质量若想有效提高,需朝着信息化、智能化方向发展,这就需要在布点设计、模型建立、参数确定等环节应用IT技术,建立与之相关资源池及数据库,持续累积相关控制器布点经验,继而助力技术研究人员制定科学、可行布点方案;三是赋予电力系统中非线性控制器布点灵活性。为使研究成果更具普遍性,并未考虑影响非线性控制器的客观因素,造成参数规设过于机械化消极后果,这就需要技术研究人员持续优化目标取值,能从多层级、多角度考量相关取值结果精准性、实效性,建立多机系统线性化方程,统筹各条件、各因素对该控制器布点的影响,继而得到最优布点模型,并掌握布点参数与各因素、各条件之间的关系,实现联合布点、科学布点目标[5]。
4 结束语
综上所述,为使电力系统运行更为稳定,满足新时代社会建设与发展对电力的切实需求,需通过设计非线性控制器,简化非线性控制器及其所在复合模型,立足电力系统建立布点模型及模型求解结果,加之先进科学技术,持续优化电力系统中非线性控制器布点思路,灵活运用相关布点方法,提高电力系统综合运行质量,推动我国电力系统持续优化发展。
参考文献
[1] 陈登义,孔繁镍.基于Hamilton理论的多机系统励磁与UPFC的非线性鲁棒协调控制器设计[J].电测与仪表,2018,55(15):115-121,126.
[2] 李富柱,Wen Chen,王存堂,等.新型变速恒频风力发电系统的非线性控制器设计[J].太阳能学报,2015,36(10):2429-2434.
[3] 刘成.电力系统中非线性控制器的布点问题研究[D].南京:东南大学,2015.
[4] 趙岩,孙丽颖.多机电力系统TCSC改进自适应backstepping滑模控制[J].控制工程,2018,25(7):1232-1236.
[5] 凃玲英,王胡.采用逆系统方法的混合有源电力滤波器逐步反推滑模控制[J].华侨大学学报(自然科学版),2018,39(4):589-594.
作者简介:
远巧针(1973-),女,河南洛阳人;学历:硕士,讲师,研究方向:主要从事高等数学教学研究。