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电力系统非线性控制

十五期间系统性地创立了电力大系统非线性鲁棒控制新理论体系,并且还致力于新理论-新技术相结合的研究工作。主要研究工作和成果包括:

1)建立了电力系统非线性鲁棒稳定控制新理论体系,主要创新点包括:

对多机电力系统建立了具有一般性的考虑干扰的非线性系统动态模型,在其鲁棒控制器设计方面开辟了两条新途径:一是利用微分几何控制理论发展了一套反馈线性化方法并给出了严格的鲁棒性证明;二是直接求解系统的耗散积分方程。这两类方法成功突破了非线性鲁棒控制理论近二十年来徘徊于求解HJI不等式的瓶颈,具有重大创新性。

针对一类非最小相位跟踪的仿射非线性系统的最优或鲁棒控制问题,提出一种状态-动态-量测(SDM)反馈设计方法,该理论对解决大型水轮发电机组的非线性最优调速器问题十分有效,且具一般性。

2)发展了一套新的非线性系统控制设计方法,主要创新之处为:

对一般含内部未建模动态和外部干扰的不确定非线性系统,根据微分对策理论提出了新的鲁棒控制器的设计原理,同时给出了控制器鲁棒性的数学证明。该设计原理既有严密的数学基础,又有明显的工程意义,是控制科学和控制工程交叉的一个重要进展。

针对受控系统参数不确定和含外部干扰的情况,提出了一种非线性控制器的动态递推设计方法。利用该设计方法可以直接构造系统能量存贮函数,从而构造出鲁棒控制器。

提出了一种新的非线性微分代数系统的L2增益分析及状态反馈控制器的设计方法,给出了不确定非线性系统的耗散Hamiltonian实现方法及鲁棒控制律。

3)提出了数字电力系统DPS)的定义、内容、功能和研究方法及技术路线并取得了阶段性成果,在国家实验室完成了数字动模的建设;

4) 研制成功大型水轮发电机组调速非线性鲁棒控制装置,该技术被国家电网公司专家组评定为国际领先水平

该研究方向在十五期间已完成的重要科研项目包括国家重点基础研究发展规划项目(973)“我国电力大系统灾变防治和经济运行的重大科学问题、国家自然科学基金重点项目电力系统非线性鲁棒稳定控制代数化几何方法及工程应用和其他十多项科研项目。

本研究方向十五期间代表性成果有:

1 、卢强,孙元章,梅生伟, Nonlinear Control Systems and Power Systems Dynamics, Kluwer Acadmec Publishers, Norwell, MA 2061, U.S.A, 2001

2 、梅生伟, 现代鲁棒控制理论及应用, 清华大学出版社, 2003,

3、卢强,梅生伟等,电力系统非线性鲁棒控制理论及工程应用,2005教育部自然科学一等奖。

4 Qiang Lu, Shengwei Mei, Wei Hu, Felix F. Wu, Yixin Ni, Tielong Shen., Nonlinear Decentralized Disturbance Attenuation Excitation Control via New Recursive Design for Multi-machine Power Systems, IEEE Trans. Power System, 2001, SCI(485WT)

5 Shengwei Mei, Juming Chen, Qiang Lu, Y. H. Song, Masuo Goto, Akihiko Yokoyama, Nonlinear Multi-target H¥ Controller for Thyristor-controlled series compensation, IEE Proceedings-Generation Transmission And Distribution, 2001, SCI(515UC)

6 Wei Hu, Shengwei Mei, Qiang Lu, Tielong Shen, Akihiko Yokoyama, Nonlinear Adaptive Decentralized Stabilizing Control of Multimachine System, the Applied Mathematics and Computation, 2002, EI(03047336579)

7 Qiang LU, Wencong WANG, Chen SHEN, Shengwei MEI, Intelligent optimal sieving method for control of FACTS devices in multi-machine power systems, International Journal of Electric Power Systems Research, 2002, SCI(518RK)

8 Mei, Shengwei; Guan, Tianqi; Lu, Qiang; Song, Yong Hua; Goto, Masuo, Nonlinear disturbance attenuation control of static phase shifter in sense of L2-gain, European Transactions on Electrical Power, 2003, SCI(699UP)

9 Liu, Feng; Mei, Shengwei; Lu, Qiang; Ni, Yixin; Wu, Felix F.; Yokoyama, Akihiko, The nonlinear internal control of STATCOM, International Journal of Electrical Power and Energy System, 2003, SCI(658GT)

10 Shengwei Mei, Feng Liu, Ying Chen, Qiang Lu, Co-ordinated H control of excitation and governor of hydroturbo-generator sets: a Hamiltonian approach, International Journal of Robust and Nonlinear Control Early View, 2004, SCI(831WS)

11 Zhang XM, Song YH, Lu Q, et al., Dynamic available transfer capability (ATC) evaluation by dynamic constrained optimization, , IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS , 2004, SCI(818ZP)

12 Ma J, Lu Q, Mei SW, et al, Anatomy of spot price in open power markets, ELECTR POW COMPO SYS, 2004, SCI(755NJ)

13 Feng Liu, Shengwei Mei, Deming Xia, et al, Experimental Evaluation of Nonlinear Robust Control for SMES to Improve the Transient Stability of Power Systems, IEEE Transaction on Energy Conversion, 2004, SCI(871YE)

14 Feng Liu, Mei Shengwei, Qiang Lu, et al, Recursive Design of Nonlinear Disturbance Attenuation Control for STATCOM, International Journal of Control, Automation and Systems, 2005, SCI(930UM)

15 Mei, S.; Shen, T.; Hu, W.; Lu, Q.; Sun, L, Robust H∞ control of a Hamiltonian system with uncertainty and its application to a multi-machine power system, Control Theory and Applications, IEE Proceedings, 2005, SCI(921FL)