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单机—无穷大系统稳态运行实验一、实验目的1、了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围；2、了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件；不对称度运行参数的影响；不对称运行对发电机的影响等。
二、实验器材本次实验的平台为型电力系统综合自动化教学试验台。
综合自动化实验教学系统由发电机组、实验操作台、无穷大系统等3部分组成。
实验操作台是由输电线路单元、微机线路保护单元、功率调节与同期单元、仪表测量与短路故障模拟单元等组成。
面板上有四部分装置，分别为“YHB-A型微机保护装置”“TGS-03B微机调速装置”“HGWT-03微机准同期控制器”“WL-04B微机励磁调节器”。
实验台面板上方共十三块指针式电表，分别指示“原动机电压”，原动机电流“发电机电压”“发电机频率”“开关电站电压”“A相电流”“B相电流”“C相电流”“有功功率”“无功功率”“系统电压”“励磁电流”“励磁电压”。
三、实验原理本实验系统是一种物理模型。
原动机采用直流电动机来模拟，当然，它们的特性与大型原动机是不相似的。
原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。
实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。
发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。
实验台的输电线路是用用多个结成链型的电抗线圈来模拟，其电抗只满足相似条件。
“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由市级电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。
实验面板接线图如下图一次系统接线图电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概念”。
为一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。
预测控制模型结构预测模型预测模型是预测控制模型的核心部分，它用于描述系统的动态行为，基于历史观测数据来预测未来的系统状态。
常见的预测模型有以下几种：1.线性模型：基于线性系统的假设，使用线性状态空间模型或ARMA模型等进行预测。
2.非线性模型：考虑非线性系统的特性，使用非线性回归模型、神经网络模型等进行预测。
3.神经网络模型：通过训练神经网络来拟合系统的输入输出关系，进行预测。
4.ARIMA模型：自回归滑动平均模型，用于描述时间序列数据的动态变化。
5.状态空间模型：将系统的状态和观测变量表示为状态方程和观测方程，通过状态估计和观测估计来进行预测。
控制器控制器是预测控制模型的另一个重要组成部分，它用于根据预测模型的输出进行控制决策。
常见的控制器有以下几种：1.模型预测控制器（MPC）：基于预测模型的输出，通过优化控制问题得到最优控制系列，实现对系统的控制。
2.比例积分微分（PID）控制器：通过比例、积分和微分操作来实现对系统的控制，可以根据误差信号调整控制输出。
3.神经网络控制器：使用神经网络来估计系统的输出，然后根据估计值进行控制决策。
4.最优控制器：通过求解最优化问题，得到最优控制输入，实现对系统的控制。
模型结构预测控制模型的结构是指预测模型和控制器的组合方式。
一般来说，预测模型和控制器之间存在以下两种结构：1.串级结构：预测模型和控制器按照串联的方式连接，预测模型先进行预测，然后将预测结果传递给控制器进行控制决策。
输入数据>预测模型>预测结果>控制器>控制输入2.并行结构：预测模型和控制器同时运行，预测模型负责预测系统状态，控制器负责根据预测结果进行控制决策。
输入数据>预测模型>预测结果|V控制器>控制输入。
不确定广义系统的弹性h_∞控制
由于广义系统的弹性$H_\infty$控制属于非线性控制，所以不能确定它的精确形式。
然而，它的基本原理可以由下面这些步骤来确定：
1. 识别系统模型：通过实验验证或通过已有的模型来识别系统模型；
2. 确定原始信号输出：从系统的模型中确定原始信号的输出，例如输入信号的响应；
3. 设计H ∞控制器：通过优化算法或线性矩阵不等式（LMI）设计H ∞控制器；
4. 调试控制器：模拟系统模型，根据系统的特性和需求调试控制器，包括H ∞控制器的设计参数；
5. 进行实验验证：在实际系统中实施设计的H ∞控制器，并与系统模拟中的结果进行对比，进行实验验证；
6. 调整控制器：如果实验的结果与模拟结果不一致，则重新设计并调试控制器以提高系统的性能。
系统参数不确定的TCSC 的H ∞控制器设计 杨飞，纪延超哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江哈尔滨 (150001)E-mail ：yangfei321@摘 要：本文针对含有TCSC 的单机-无穷大系统建立了含不确定因素的数学模型，并基于直接反馈线性化和H ∞鲁棒控制理论研究了TCSC 的控制器设计方案；采用线性矩阵不等式处理方法，考虑了区域极点配置的影响，利用MATLAB 工具箱得出H ∞控制规律。
仿真表明该方法有较好的鲁棒性，提高了系统的暂态稳定性和响应能力。
关键词：TCSC ；H ∞控制器；参数不确定系统；LMI 方法；区域极点配置中图分类号：TM761. 引 言灵活交流输电系统（FACTS ）技术因为可以显著的提高电力系统的传输能力并加强系统稳定程度，已经成为电力系统研究的一个热点，其中的几种典型设备也已经逐渐在国内外的系统中得以应用。
其中，晶闸管控制的串联补偿（TCSC ）以其固有的优异特性，已经成为目前世界上应用比较成功的串联型FACTS 设备。
它主要由串联电容器、旁路电抗器、并联双向可控硅阀及其它辅助环节和设备构成。
多年来的运行实践和国内外的实验研究证明，该项技术对于提高大容量高电压输电线的有效输送能力、控制输电线路的串联无功补偿度及潮流控制、阻尼线路功率振荡、提高电力系统暂态稳定性、抑制次同步振荡等均有不错的效果[1-4]。
在早期对系统模型的处理方面，简单的局部线性化方法只能对运行点附近保证一定的精确度，在暂态稳定控制过程中不适用；从非线性控制理论的角度来看，可以采用反馈线性化的方法对系统的非线性因素进行精确补偿，从而将原非线性系统转化为线性系统，以便控制设计。
目前的反馈线性化方法包括基于微分几何理论的反馈线性化、直接反馈线性化和逆系统线性化等。
上述方法中，除了基于微分几何理论的反馈线性化方法对数学理论要求较高，较难理解，其他两种都有较好的工程应用价值[5]。
对TCSC 进行系统级控制，方法也很多，包括智能控制在内的许多新颖控制方法都在理论上有了一定的发展。
自动控制原理不确定性知识点总结在自动控制原理中，不确定性是指系统的输入、输出或者模型参数等因素存在一定程度的不确定性或者随机性。
不确定性是自动控制中必须要考虑的一个重要因素，对于系统的稳定性、性能以及控制器的设计等都会产生一定的影响。
本文将对自动控制原理中的不确定性知识点进行总结。
一、不确定性的分类不确定性可以分为参数不确定性和结构不确定性两种类型。
1. 参数不确定性：指系统模型中的参数具有一定的不确定性，这可以是由于参数测量误差、系统随时间变化引起的参数漂移、参数估计误差等原因导致的。
参数不确定性会导致系统模型与实际系统存在差异，进而影响控制器的性能。
2. 结构不确定性：指系统的结构特性存在一定的不确定性。
例如，系统的动力学特性可能受到非线性、时变、时滞、饱和等因素的影响，导致系统的结构模型具有一定的不确定性。
结构不确定性会使得控制器的设计更加困难，需要采用鲁棒控制等方法来降低不确定性的影响。
二、不确定性分析方法针对不确定性的存在，我们可以采用以下方法进行不确定性的分析和控制器设计。
1. 确定性方法：确定性方法假设系统参数和模型结构是完全已知的，主要包括经典控制理论和现代控制理论。
经典控制理论中的PID控制器，以及现代控制理论中的根轨迹设计、频域设计等方法都是基于对系统模型完全已知的假设，不考虑不确定性因素。
2. 随机方法：随机方法是一种基于概率论和随机过程理论的控制方法。
它将不确定性问题转化为概率分布描述的问题，通过概率统计的方法来分析系统的稳定性和性能。
随机方法更适用于存在随机干扰的系统，如强化学习、最优控制等。
3. 鲁棒控制：鲁棒控制是一种考虑不确定性的控制方法。
它通过设计鲁棒控制器，使得系统在存在不确定性的情况下能够保持一定的稳定性和性能。
鲁棒控制方法可以有效降低模型不确定性和参数不确定性对系统性能的影响。
三、不确定性的影响和应对措施不确定性对自动控制系统会产生一定的影响，包括系统的稳定性、性能和鲁棒性等方面。
单机无穷大电力系统的数学模型（含原动机）1 单机无穷大系统（Single Machine Infinite Bus，SMIB）无穷大系统无穷大容量水库-单引水管道-水轮发电机组-无穷大容量电力系统，简称为简单水电系统。
系统2 单机无穷大系统数学模型2.1 水力系统-水轮机线性化模型 2.1.1 水力系统线性化模型水力系统一般使用近似的线性化模型。
水轮机导叶（水门）处的水压流量传递函数为h ()()()h s G s q s ∆=∆ （1）式中 h ∆——水轮机工作水头的增量；q ∆——水轮机流量的增量。
设单引水管道水库取水口处水压恒定，则rw r h 2r 42()th 2T s T T G s s T s αα+⎛⎫=-⋅⋅+ ⎪⎝⎭ （2）式中 w T ——水流惯性时间常数，s ； r T ——水击波反射时间常数，s ；α——水力摩擦阻力系数。
若不考虑水力摩擦阻力，即0α=，则式（2）可简化为w rh r 2()th 2T T G s s T ⎛⎫=-⋅⎪⎝⎭ （3）由2th 12xx x ≈+，式（3）进一步简化为 w h 22r ()18T sG s T s=-+ （4） 式（4）为常用的水力系统弹性水击模型。
当引水管道较短时，近似取r 0T =，式（4）退化为刚性水击模型h w ()G s T s =- （5）2.1.2 水轮机线性化模型当水轮机工况变化较为缓慢时，可以采用稳态关系式表示力矩和流量的变化情况。
以水轮机额定运行参数为基准，混流式水轮机的力矩和流量的标么形式表达式为()m f ,,m y h ω= （6）()g ,,q y h ω= （7）式中 m m ——水轮机输出机械力矩，p.u.；q ——水轮机流量，p.u.；y ——水轮机导叶开度，p.u.；ω——水轮机机械转速，p.u.；h ——水轮机工作水头，p.u.。
将式（6）和（7）在工作点0附近线性化得m m mm 000my m ωmh m m m m y hy h e y e e hωωω∂∂∂∆=∆+∆+∆∂∂∂=∆+∆+∆ （8）000qy q ωqh q q q q y hy h e y e e hωωω∂∂∂∆=∆+∆+∆∂∂∂=∆+∆+∆ （9）式中 my e 、mh e 、m ωe ——水轮机力矩对导叶开度、水头和转速的传递系数；qy e 、qh e 、q ωe ——水轮机流量对导叶开度、水头和转速的传递系数。
