先進控制理論在電力系統中的應用綜述及展望

發布日期：2017-07-03 來源：中國知網 作者：魏韡梅生偉張雪敏 瀏覽次數：578

按照國家電網公司的發展戰略，“十二五” 期間我國特高壓電網將進入快速發展階段，形成以“三縱三橫”特高壓交流和 14 回特高壓直流為骨干網架的“三華”交直流混聯電網。對于這個規模龐大的系統，研究其運行的動態特性進而構建先進的安全控制系統是極富挑戰性的課題。此外，各種新技術如高壓直流輸電系統（HVDC）、靈活輸電系統（FACTS）等電力電子元件的應用，一方面增強了系統的調控能力，另一方面也增加了電網控制的復雜性，對電力系統的安全穩定運行提出了更高的要求。因此，改善與提高我國電力大系統的動態品質、安全穩定和經濟性一直是電力科技的首要任務。提高電力系統穩定性的最經濟和最有效的手段之一是采用先進的控制理論和方法。在過去的半個世紀里，電力科技工作者們為改進與發展電力系統控制技術進行了大量研究。為簡明起見，本文主要以大型發電機組勵磁控制為主線，梳理總結電力系統在經典控制、線性最優控制和非線性控制方面的研究成果，分析了電力系統控制技術的發展趨勢。這里需要說明的是，由于經典控制關注工程實用性，而現代控制聚焦理論創新性，故長久以來關于二者孰優孰劣爭議不斷。本文通過分析總結經典與現代控制在電力系統應用典型實例，明確指出現代控制是經典控制的發展，經典控制是現代控制的基礎，二者密不可分，具有天然的互補性。將二者有機結合，是發展和提高未來電力系統控制技術水平的必然選擇。
經典控制理論形成于 20 世紀 20 年代到 50 年代，主要為滿足第二次世界大戰前后軍事技術和工業發展的需要。其代表性著作是錢學森的《工程控制論》。經典控制理論主要研究線性時不變、單輸入單輸出的控制問題。在分析和設計大型反饋控制系統時，經典控制論主要采用頻域法，其中以 Nyquist 判據、Bode 圖和根軌跡法最為廣泛。經典控制理論的設計目標是使閉環系統特征方程的特征根全部位于左半開平面上。上述設計目標可以描述為一類無目標函數的優化問題，即約束滿足問題。由于使系統穩定的控制器解并不唯一，所以根據經典控制理論設計的 PID 控制器往往帶有較大的冗余性。也正是由于經典控制理論設計目標及方向簡單明確，計算方便，特別適合需要依賴工程經驗或現場測試進行控制器設計的系統，所以至今仍在工業中廣泛應用。更多詳細內容請見附件