現(xiàn)代控制技術在電力輸電系統(tǒng)中的應用

關艷翠（新疆輕工職業(yè)技術學院,烏魯木齊　830021）

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現(xiàn)代控制技術在電力輸電系統(tǒng)中的應用

關艷翠
（新疆輕工職業(yè)技術學院,烏魯木齊830021）

摘 要:電力輸電系統(tǒng)的控制問題對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有深遠的影響，其系統(tǒng)本身所具有的強非線性特性，需要先進的控制技術以提高系統(tǒng)的性能。本文電力輸電系統(tǒng)中所用的非線性控制技術和神經網(wǎng)絡技術進行簡述，以期能使現(xiàn)代控技術在電力輸電系統(tǒng)中得到更廣泛的應用。

關鍵詞：控制技術；輸電系統(tǒng)；應用

1　電力輸電系統(tǒng)非線性控制技術

高壓直流輸電和靈活交流輸電(HVDC&FACTS )技術的飛速發(fā)展，給電力輸電系統(tǒng)的控制技術提出了新的要求。為了有效利用輸電系統(tǒng)的資源、保護電網(wǎng)平穩(wěn)順利運行，提高對電力系統(tǒng)振蕩穩(wěn)定、潮流分布、緊急事故及經濟運行的控制能力，必須采用先進的控制理論和方法來實現(xiàn)對電力輸電系統(tǒng)的控制。20世紀80年代末，電力系統(tǒng)控制專家盧強院士最早將非線性控制理論引入到電力系統(tǒng)，最近十多年來，學術界圍繞著非線性控制理論在電力系統(tǒng)的應用開展了大量研究工作。按照控制方法的不同可以分為：反饋線性化方法、非線性魯棒控制方法等。

（1）反饋線性化方法。反饋線性化包括基于微分幾何理論的輸入對狀態(tài)進行反饋線性化、直接反饋線性化、輸入輸出線性化、逆系統(tǒng)方法等，這些都是解決輸電系統(tǒng)非線性系統(tǒng)控制問題的有效途徑，其基本方法可概括為通過恰當?shù)姆蔷€性坐標變換與非線性狀態(tài)反饋將非線性系統(tǒng)精確線性化，使其輸入、輸出之間關系用一個線性的模型來代替，然后再利用線性系統(tǒng)相關知識和設計方法對其進行分析與綜合。其中尤其是以基于微分幾何理論的非線性系統(tǒng)精確線性化的研究成果最多，并成功運用于工程實踐，取得良好效果。例如反饋線性化在高壓直流輸電系統(tǒng)電壓源換流器的精確線性化設計的應用。

（2）非線性魯棒控制法。現(xiàn)代電力系統(tǒng)在實際運行中還存在著負荷的波動變化、運行方式的變換以及故障引起的拓撲結構的變化等諸多不確定因素。為了解決這些難題，國內外學者針對輸電系統(tǒng)非線性魯棒控制進行了大量的研究。所謂魯棒性是指標稱系統(tǒng)Σ0所具有的某一種性能品質，對于具有不確定性的系統(tǒng)集(Σ0，ΔΣ)的所有成員均成立，亦即系統(tǒng)預期的設計品質不因不確定性的存在而破壞。魯棒控制的實質即是在進行電力輸電控制系統(tǒng)的綜合分析時，充分考慮系統(tǒng)的不確定性（包括突發(fā)、意外等）因素，并采取各種優(yōu)化算法進行處理，將不確定性的影響將到最低，從而使輸電系統(tǒng)保持良好的動態(tài)運行狀態(tài)。電力輸電的非線性系統(tǒng)的魯棒控制研究與分析比線性系統(tǒng)要復雜得多，二者有著本質的不同：非線性系統(tǒng)的魯棒控制內容十分豐富，類型也較多。下面介紹幾種非線性系統(tǒng)的魯棒控制的思路。

第一種是對已經通過精確反饋線性化方法線性化處理后的偽線性系統(tǒng)采用線性魯棒控制理論，進而提高非線性電力輸電系統(tǒng)的魯棒性。一般的，符合一定條件的非線性電力輸電系統(tǒng)信號的擾動通過狀態(tài)變換后可以變換成線性系統(tǒng)的信號擾動，都可以通過線性H∞控制方法、線性變結構控制方法等魯棒控制方法來使得該擾動穩(wěn)定。例如李興源等人在高壓直流輸電系統(tǒng)非線性控制器的設計上，采用了精確反饋線性化與線性變結構控制方法相結合的方法，使系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性能得到較大提高。

第二種是可通過狀態(tài)的變換使得非線性系統(tǒng)等效為新的標準型非線性系統(tǒng)，之后再將這個標準的非線性系統(tǒng)轉換為帶非線性擾動環(huán)節(jié)的線性系統(tǒng)，再運用魯棒性的控制方法進行設計。例如于占勛就通過該思路研究了非線性變結構控制方法在電力系統(tǒng)包括電力輸電、變電系統(tǒng)的應用問題。美國的瞿志華等則結合Lyapunov直接法研究了非線性魯棒控制方法在交直流并聯(lián)電力輸電系統(tǒng)中的應用。

第三種是利用精確反饋線性化對某些較為特殊的非線性對象的非線性輸電系統(tǒng)進行局部和部分線性化，然后再利用線性魯棒控制方法進行綜合控制。王幼毅等就是采用DFL方法與變結構控制、自適應控制及其傳統(tǒng)線性控制方法等相結合的方法解決了多輸入多輸出的電力系統(tǒng)的非線性協(xié)調控制難題。

除了以上所提及的將精確反饋線性化方法與魯棒控制法二者結合生成的非線性魯棒控制方法以外，近年來非線性增益控制、gaekstepping方法、非線性模糊自適應法、非線性PID控制等非線性控制方法在電力輸電系統(tǒng)也獲得了快速的發(fā)展。

2　電力輸電系統(tǒng)神經網(wǎng)絡控制技術

神經網(wǎng)絡主要依靠模擬人類神經元的構造，通過多個神經元組合成一個復雜的網(wǎng)絡，能夠通過自學習功能模擬強非線性系統(tǒng)。神經網(wǎng)絡用于輸電系統(tǒng)的交直流電流控制, 和傳統(tǒng)的PID控制性能進行比較，具有在大的運行范圍內具有最優(yōu)性能，可以在線調整參數(shù)和學習先驗知識的優(yōu)點。神經網(wǎng)絡同時還在輸電系統(tǒng)中的穩(wěn)定性、故障辨識和繼電保護中的控制中有廣泛的應用。

已經有研究利用人工神經網(wǎng)絡模式識別技術，實現(xiàn)了超高壓輸電線路方向高頻保護，建立了3層BP網(wǎng)絡。該保護通過對被保護線路電壓、電流特征值的控制，不僅能自適應地識別輸電線路在各種運行方式和故障條件下的故障方向及故障相別，而且在整個時域上都具有準確的識別能力，克服了各種方向高頻保護的缺陷，滿足了作為超高壓輸電線路主保護的控制要求。圖1為BP神經網(wǎng)絡的對線路保護控制結構圖。

3　總結

綜上所述，電力輸電的交流輸電尤其是直流輸電系統(tǒng)是較為復雜的系統(tǒng), 其控制問題一直以來都是工程界關注的重點之一。現(xiàn)有的輸電系統(tǒng)現(xiàn)代控制機技術有了較深入的研究,與多種現(xiàn)代控制技術相結合，如非線性控制、魯棒控制、神經網(wǎng)絡控制等，電力輸電系統(tǒng)獲得了良好的控制性能。還有部分研究正處于試驗研究階段，這些研究也將為將為輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和規(guī)劃奠定了充分的理論基礎。

參考文獻：

[1] Qiang Lu, Yuanzhang Sun and Gordon K. F. Lee, Nonlinear Optimal Excitation Control for Multimachine Systems [C]. Proc. of IFAC Symposium on Power System Modelling and Control Annlication. Brussels. Belgium. Sent., 1988 27-32

[2]范彬.自抗擾控制技術在輕型高壓直流輸電系統(tǒng)中的應用[D].西南交通大學,2013.

作者簡介：關艷翠（1981-），女，滿族，新疆烏魯木齊人，碩士，講師，研究方向：控制工程。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.152