机电系统理论与技术

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机电系统理论与技术范文第1篇

电网调度自动化，简单来说，就是运用现代自动化技术，对电网进行调度和管理。电网调度自动化是电力系统自动化的重要组成部分，也是非常关键的内容。在我国，根据实际情况，对电网调度进行了相应的等级划分，由低到高依次为县级电网调度、地区电网调度、省级电网调度、大区电网调度以及国家电网调度。以县级电网调度自动化系统为例，其基本结构如下：在电网调度自动化中，计算机网络系统是最为关键的部分，其与服务器、工作站、显示器、变电站终端设备等在计算机系统的连接下形成了一个相对统一的整体，构成了电网调度自动化系统。在实际应用中，电网调度自动化所涉及的方面是非常广泛的，不仅需要对电网运行数据进行实时采集，还需要对电网运行中的安全性和可靠性进行有效评估，更需要对整个电力系统的运行状态和负荷能力进行预测，而这些功能的实现，都离不开计算机系统的支持。不同等级的电网调度对于计算机系统的需求也存在很大的差异，对于级别相对较低的电网调度自动化系统，可以选择PC机作为服务器或者工作站；而对于级别相对较高的电网调度自动化系统，由于电网容量更大，结构更加复杂，对于计算机系统的需求也较高，需要选择更加先进的计算机技术以及更加可靠的软件支撑。

2.智能电网技术

智能电网的基本网络结构如下：智能电网技术可以说是计算机技术与电力系统自动化技术有效结合的最佳范例，其中涵盖着相当多的技术，不仅电网的调度需要依靠智能电网技术对全局进行控制，而且智能电网技术同时也覆盖了发电、输变电、配电、调度等环节，计算机技术也随之深入到了电网运行的各个环节。在智能电网中，计算机技术的应用主要体现在稳定控制系统、调度自动化系统、柔流输电等方面，而正是由于计算机技术的应用和发展，才使得智能电网技术变得突飞猛进。从目前来看，我国构建智能电网的主要目标之一，就是利用现代数字化技术进行电网的建设。而在这个过程中，必然需要计算机技术的支持。首先是通信系统，利用现代通信技术，智能电网可以更好的对电网运行数据进行采集、传输和保护，需要电网建设人员的重视。在智能电网中应用通信系统，可以对电网的功能进行扩展，提升电网对于风险的抵抗能力，保障电网运行的稳定性和可靠性。同时，用户也可以通过通信系统，对智能电网服务系统进行访问，对电力相关的问题进行实时在线咨询，实行用户与供电企业之间的良好沟通。其次是信息管理系统，其同样是智能电网的重要组成部分，同样是以计算机技术为基础构建起来的。信息管理系统的功能主要是对信息的采集、处理、集成和显示，保障信息安全。信息管理系统在智能电网中的作用是非常重要的，例如，信息的采集和处理可以实现对各种信息的记录、归类、总结，方便人们进行查询；信息的集成可以有效提高智能电网的信息处理能力；信息显示可以为用户提供了解电网运行情况的平台；对于信息安全的保障则能够避免用户信息的泄露，使得用户的权益得到更好的保障。然后是网络拓扑，未来智能电网的结构必然是向着稳定性强、灵活性高的方向发展，而我国能源分布不均匀的情况使得发电区域和用电区域相距甚远，电力在传输过程中会出现大量的损耗。对此，我国在电力网络中加强了对于计算机技术的应用，通过直流联网工程等项目，对电网结构进行了优化和调整，从而有效确保了电网的经济高效运行。

3.变电站自动化

在电力系统中，变电站以及相关输配电线路的主要功能是方便供电企业与电力用户的相互沟通和联系。在应用计算机技术前，供电企业与电力用户之间的信息传递通常都是由人工方式进行，不仅效率低下，而且存在很大的滞后性。建设变电站自动化系统，融合计算机技术，可以极大地提高信息反馈效率，加强对于变电站的监控和管理，保证变电站的安全稳定运行。变电站自动化系统如下图所示：在不断的发展过程中，借助于计算机技术，变电站逐渐实现了自动化运行和管理，二次设备也开始朝着数字化的方向发展，并且随着计算机技术的不断深入，还将实现变电站的网络化和集成化。变电站自动化系统的出现，一方面，可以有效简化变电站的操作流程，实现无人值守，另一方面，也可以促进电网调度自动化的有效实现，必须得到电力技术人员的充分重视。

4．结语

机电系统理论与技术范文第2篇

[关键词]电力系统自动化；智能技术；分析

1、电力系统自动化与智能技术的含义

电力系统自动化，从含义上是对电能生产、传输和管理实现自动化、自动调度和自动化管理；从种类上，它的分类较多，例如：电网调度自动化等。智能技术是智能计算机技术的简称，从含义上它包含体系结构和人机接口；从种类上，它的种类也较多，例如：模糊控制等。

智能技术是具备学习、适应及组织功能的行为，能够对产品问题进行合适求解，解决传统鲁棒性控制和自适应控制无法解决出令人满意结果的，非线性、时变性和不确定性的控制问题。目前，智能技术尚处于发展阶段，但它已受到人们的普遍重视，广泛应用于电力系统各个领域中，并取得了一定的实效。

专家系统在电力系统中的应用范围很广，它是一种基于知识的系统，用于智能协调、组织和决策，激励相应的基本级控制器完成控制规律的实现。主要针对各种非结构化问题，处理定性的、启发式或不确定的知识信息。如：电力系统恢复控制、故障点的隔离、调度员培训、处于警告或紧急状态的辨识、配电系统自动化等。以智能的方式求得受控系统尽可能地优化和实用化，并经过各种推理过程达到系统的任务目标。虽然取得广泛应用，但存在如难以模仿电力专家的创造性等局限性。一般而言，专家控制系统应用较大的原因是由于该方法可适用范围广，且能为电力系统处于各种状态提出辨识，根据这种具体情况给出警告或提示，同时还能进行控制和恢复。虽然专家系统得到一定的应用，但是仍存在一定的局限性，这种局限包括对创造性的难以模仿，而只限于浅层知识的应用，缺乏极有效的深层模仿和设计，难以适应复杂状态。因此，在开发专家系统方面应注意专家系统的代价/效益分析方法、专家系统软件的有效性和试验、知识获取、专家系统与其他常规计算工具相结合等问题。

模糊方法是一种对系统宏观的控制，十分简单而易于掌握，为随机、非线性和不确定性系统的控制，提供了良好的途径。将人的操作经验用模糊关系来表示，通过模糊推理和决策方法，对复杂过程对象进行有效控制。通常用“如果……，则……”的方式来表达，在实际控制中的专家知识和经验不依赖被控对象模型，鲁棒性较强。模糊控制技术的应用非常广泛，与常规控制相比，其在提高模糊控制的控制品质，如：稳态误差、超调等问题，自身的学习能力还不完善，因此要求系统具有完备的知识，对工业智能系统的设计而言是困难的，如模糊变结构控制、自适应或自组织模糊控制、自适应神经网络控制、神经网络变结构控制等。另一方面包含了各种智能控制方法之间的交叉结合，对电力系统这样一个复杂的大系统来讲，综合智能控制更具备巨大的应用潜力。现在，在电力系统中研究较多的有神经网络与专家系统的结合，专家系统与模糊控制的结合，神经网络与模糊控制的结合，神经网络、模糊控制与自适应控制的结合等方面。这些模糊方法的运用因其可使用范围广，目前已在自动化控制中被广泛应用。智能集成化是综合智能控制重要的技术发展方向，其可将多项智能技术相互结合于一体，不再单独运用，各取优势。如模糊技术和神经网络的结合、神经网络与模糊控制的结合、神经网络与专家系统的结合等，这些都在电力系统自动化控制中有较多研究。

2、智能技术与电力系统自动化的结合

智能技术被应用在电力系统自动化中，进一步完善和发展了电力系统自动化。智能系统在电力系统中的有效应用，不仅协调了电力系统发展的不成熟性和该系统本身的不稳定性，还满足了公众对于相对廉价、便利的电力网络的需求。所以，智能技术作为一种技术被应用于电力系统自动化中。

众所周知，智能技术从分类上可分为以下几个部分：模糊控制和神经网络控制、专家系统控制、线性最优控制和综合智能控制。如今，电力系统自动化还未发展成熟，还存在一些缺点以待改进，如：强非线性，时变性且参数不确切可知，含有大量未建模动态部分和电力覆盖范围大但却具有网络阻滞、延迟等。下面，我们将具体分析如何通过应用智能系统改变电子系统智能化的缺点。

3、将智能技术应用到电力系统自动化中的具体做法

3.1模糊控制在电力系统自动化中的应用

模糊控制使得建立模型来进行控制变得十分简单和易于掌握。通过建立模型进行控制是一种比较现代的方法，与建立常规的模式相比，更具优越性、相对简单。例如，交通信号灯的转换是由前面的主列队与后面的主列队决定，并使用一定的工具实现二维模糊控制器。洗衣机可根据清洗过程中水质的变化对衣物进行不同程度的清洗，以保证衣物的干净。模糊控制主要是在汽车的自动变速器上起作用，是通过自动变速器检测驾驶员的速度得出驾驶员的驾驶意图，判断路况和汽车受到的阻力、监测发动机的情况。通过以上举例，我们可以得出模糊控制适用于电力系统自动化，并且具有广泛性和通用性，能够适用于其他不同的领域。

3.2神经网络系统在电力系统自动化中的应用

神经网络控制技术具有与电力系统自动化相适应的性质“非线性特性”，同时，其还具有自我学习与自我组织的能力，以及具有强壮的网络系统和处理的能力。因此，大量的、简单的神经元构成了神经网络控制技术，有了神经网络控制方式。神经网络利用一定的学习算法，将隐藏在其连接权值上的大量信息进行了调节权值，从而实现了非线性的复杂映射，从m维空间到n维空间。这个概念被应用于许多领域，如：自动控制领域；处理组合优化问题；模式识别；图像处理；传感信号处理和医学领域等。因为人体与疾病之间的关链非常复杂，因此神经网络控制技术也被广泛应用到医学上的多个领域，例如：医学专家系统中的麻醉和危重医学相关领域的研究等。由上述举例，我们可以知道神经网络控制技术适用于电力系统自动化，具有广泛性和通用性，能够适应于其他不同的领域。

3.3专家系统控制在电力系统自动化中的应用

专家系统控制能及时处理和辨识发生故障的电力系统，最大限度地降低网络阻滞或延迟给人们带来的危险和不便。专家系统在电力系统中有较为广泛的应用范围，例如能够辨识电力系统所处的状态：警告状态或紧急状态、紧急的处理、系统恢复控制、系统规划、切负荷和电压无功控制、故障点距离的测量、做出短期负荷预报、所处状态的安全分析以及先进的人机接口等方面。在电梯控制中的应用，随着科技的日新月异，电梯的制作技术也在不断地发展与更新，由简单逐渐趋向于复杂化，现在，在电梯即将出厂时，会有专门的工作人员进行调试，但当安装好后，电梯一旦出现故障时，为本单位所配备的维修人员，却不能快速找到问题，解除故障，这是由于电梯构造复杂化了，因此我们需要在安装电梯之前，安装专家控制器以确保电梯的可用性和保障性。由此可见，专家系统控制适用于电力系统自动化。

3.4综合智能系统在电力系统自动化中的应用

综合智能系统根据模糊控制结构有效、合理地将这些控制方法结合起来，以完善电力系统自动化，使其能够具备稳定性、协调性和简易性。由于智能控制方法之间的交叉结合，一般人们会将其进行如下组合进行分析，例如：神经系统与专家系统的结合；专家系统和模糊控制的结合；神经网络与模糊控制的结合；神经网络、模糊控制与自适应控制的结合等方面。

机电系统理论与技术范文第3篇

关键词：ORC循环发电；工质；热力原理

中图分类号：O414.1 文献标识码：A 文章编号：

低温热能有机物发电主要是基于ORC循环发电系统，是一种优良的低温型热能有机物发电系统。其以低沸点的有机物工质，进而在温度较低的环境下，做到节能高效的热能利用。同时，对于系统的工质选择非常重要，尤其是其热力性质的满足，是系统良好运行机能的基础。并且，在ORC系统的构建中，要明确好各参数的计算与处理。

1基于ORC循环下的有机物工质分析

1）有机物工质的性质分析。有机物工质作为一种节能高效型媒介，在压力特征和属性上，具有鲜明的特点。尤其是压力特征中的压力承受度，是衡量工质指标的重要依据。

①压力特征，尤其是工质的选择。良好的ORC循环系统，需要构建于科学的工质之上。因此，在选择有效的工质之前，需要针对各工质压力承受度，进行合理的评估。对于低温型热能有机物发电系统而言，其对100℃以下的热能，不宜以水为工质，进而造成发电系统的负压状态下的工作。同时，以水作为工质，对于发电系统的密封工艺有更高的要求。并且，以水为工质的做功率低于传统有机工质。因此，无论是从发电系统工艺要求上，还是从热能率上，以水作为工质是不科学合理的。

对于发电系统而言，其有机工质要基于系统功率，合理的相应工作压力的工质。工质的工作压力高于发电系统的功率需求，使得系统的热能利用率降低，尤其是系统管道壁的厚度增加，不仅加剧了系统的造价成本，而且增加了管道的热能损耗，这点不符合高效的原则。同时，工质的工作压力过高，造成发电系统的诸多设备处于超额工作状态，诸如转换器处于疲劳状态下，自损能量的消耗增大，进而大大降低了系统的工作效率。因而，在ORC循环发电系统的构建中，要基于系统的设计需求，科学的选择工作压力相应的工质。

②工质的干湿。有机工质在干湿的控制，主要通过饱和蒸汽度来表示。尤其是基于饱和蒸汽线的斜率来表现工质的干湿，增加了控制的有效性。饱和蒸汽线是S—T下，T随S的变化曲线。基于曲线的变化率，可以合理的表现出工质的干湿程度。并且，当曲线的曲率趋于零时，说明工质是绝热工质。研究发现，当曲线的曲率小于零时，工质的湿度较大，是湿工质。相应地，曲率大于零时，工质含水量较少，可以视为干工质。

对于ORC循环系统而言，其适宜采用干工质。在ORC系统热能较小情况下，容易造成机轮发生膨胀，进而造成工质遭到损害。并且，机轮在湿工质的环境下工作，缩短了使用寿命，不利于系统的正常运行。同时，干工质在人能的影响下，其膨胀范围在设计范围之内，避免了膨胀幅度过大，出现干工质超出过热区的问题。由研究发现，在干工质之中，参入水或含氢键的有机物，可以增加工质的工作压力，使得系统的功率增大。

2）低温型热能有机物发电系统，在性能上注重节能高效的突出。因而，工质的性质除了工作压力和干度控制外，还对于其环保性能有严格的要求。干工质在运用过程中，其对大气的臭氧层造成一定的破坏，并且温室效应也是其产生的一个问题。因此，在工质的性能控制上，要重点对于其各项指标的控制，尤其是臭氧层和温室效应。同时，工质的热稳定性也非常的重要，其是确保系统正常工作的重要方面，并且工质的热传导性能，是提高ORC循环功率的有效途径。

2ORC循环系统的构建

ORC循环系统的构建中，需要明确好其工作原理，尤其是循环发电系统的模型建立，是ORC循环系统构建的基础。往下基于ORC循环系统的工作原理和效率展开论述。

1）循环系统的热力原理。循环系统中的工质是热能与机械能相互转化的媒介，是在膨胀条件下的平移做功。并且，工质的运动热能在冷凝器中释放。工质的运动能力主要由泵提供，而且工质吸收了低温热能。工质在整个的做功过程中，其经历了加热、沸腾、加热的循环过程。因此，ORC具有节能高效的性能，对于系统的余热，可以进行回收利用。当然，在对于热源的控制上，选择温度适宜，最好温度不能过高的热源。在实际的ORC系统的构建中，大量采用绝缘工质，其在使用中的过程中，要保证好充分的热度，进而使得工质的干度在安全范围之内。

2）ORC发电系统的效率。ORC循环系统的发电效率主要由系统内耗和透平做功而决定。尤其是工质对于热能的吸收量，直接影响系统的热能转化率。同时，泵作为主要系统内耗，其在系统的构建中需要强化控制。并且，工质的膨胀做功量，也是发电系效率的重要因素。在对于功率一定的系统构建中，其主要以透平流量为指标，通过控制工质各状态下的比容。

3）相关参数计算。首先，对于机轮的膨胀比值的计算非常关键。其主要基于机轮进出口压力的比值计算，控制工质的工作压力。由研究发现，工质的蒸汽温度应控制在80℃上下，并且工质的透平工作的效率在0.8上下。通过上述，我们知道，泵是系统内耗的重要部分，因而在泵的选择上，其参数控制非常重要，以变频方式为主。同时，管道的散热或漏热控制，也是参数计算的重要部分，基于相关参数的计算，控制好管道的厚度，进而优化系统的造价成本控制。

不同膨胀率下的工质，其效率是不一样的。ORC系统的效率与膨胀率呈现出线性关系，即ORC系统的效率随着膨胀率的增大呈现出增大的趋势。由曲线的研究发现，当膨胀率趋于3.0时，其系统的利用效率几乎为零。因此，有其曲线可以知道，膨胀比值增大，工质平移做功量和吸收量增加，进而增大了系统的热能利用效率。所以，在系统功率的创造时，要基于系统发电的设计量，合理地控制热能的相对吸收量。

在参数的分析中，关于流量的分析非常关键。对于同一工质而言，其流量与膨胀率呈反比。因此，在系统功率的设计中，要适当的增大膨胀率，进而加大工质的功率。同时，对于不同参数值的工质，其性能，诸如热能吸收、做功等，都存在较大的差异。因而，对于不同的工质，其流量不同，进而做功量也不同。当然，在对于相关参数的计算中，关于环保元素的参数的控制也是非常重要的。也就是说，工质的选择上，不仅需要针对于其性质，而且对于环保性能的控制，也是实现ORC系统性能的关键。

3结束语

在ORC循环系统中，工质的性能对于循环系统的形成具有极大的影响力。工质是实现热能与机械能相互转化的媒介，不同的有机物工质，可产生不同的热能。并且，ORC的不同有机物工质模式，实现了能量的多级利用，减少了热能吸收时的损失。同时，在绿色环保理念的背景之下，有机物工质可以很好地实现发电系统的节能高效。

参考文献

[1]黄晓艳,王华,王辉涛.超临界有机朗肯循环低温佘热发电系统的分析[J].工业加热,2009,3:22-24.

[2]张福滨.水泥窑纯低温余热发电有机工质循环技术的应用探讨[J].节能技术,2003,21(4):23-25.

[3]裴刚,李晶,季杰.不同有机工质对太阳能低温热发电效率的影响[J].太阳能学报,2010,31(5): 581-587.

机电系统理论与技术范文第4篇

关键词：机电；控制系统；故障诊断

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.150

0 引言

故障诊断即通过系统运行状态的监测，结合故障表现形式，利用专业技术来确定故障发生原因，作为系统运行管理与维护的重要依据，争取不断提高系统运行综合效率。

1 机电控制系统运行原理

（1）系统概述。机电控制系统主要目的就是将被控对象维持在目标范围内，一般设置有传感装置来对对象运行状态信息的监测收集，然后通过控制中心对各项信息进行分析，指令由执行装置来完成，达到设计的控制目的[1]。常见有三种控制方式，即开环控制、偏差调节闭环控制以及复合控制。对机电控制系统故障进行诊断，即通过对运行系统信息的实时监测，及时确定发生位置，并采取措施进行处理。

（2）控制方式。1）开环控制。与其他控制方式相比，此种方式应用最为简单，但是不具备纠偏能力，控制精度比较低，且容易受外界因素影响，而造成控制参数出现偏差，降低控制效果。特行参数扰后，将会直接反应到被控量上，使得被控量与即给定量出现偏差，且系统无法自主修正，影响控制准确性。2）闭环控制。以偏差调节闭环控制方式，在应用时被控量需要与给定值进行比较，因此被控量信号需要沿着前向通道与反馈通道进行往复循环闭路传送，形成闭合回路[2]。与其他控制方式相比，此种控制方式，在受到外界因素影响，被控量出现偏差后，存在一个控制作用对该偏差进行修整纠偏，使其与期望值保持一致。3）复合控制。此种控制方式即将开环控制与闭环控制进行组合的方法，将闭环控制回路作为基础，对其加入一个输入信号或者扰动作用顺馈通路，便可以有效提高系统控制精度，对外界因素影响产生的偏差进行纠偏调整。此种控制方式在实际应用中，主要扰动已经被有效补偿，降低了反馈控制系统设计难度，具有良好的控制效果。

2 系统故障诊断要点

（1）故障检测。在对系统进行故障检测前，需要假设故障发生后各项参数发生变化，如状态变量、输出变量、残差变量变动，为故障检测的前提。对系统进行故障检测，原则上就是确定发生故障的过程，对非正常状态进行检测。将系统各项参数作为检测对象，在标称情况下，假设在某不确定性情况下该变量符合已知条件，这样只要该参数发生变化，便可以确定系统运行出现故障[4]。

（2）故障诊断。故障诊断即根据各项运行数据的残差方向以及结构，来确定故障发生位置，并根据故障表现形式判断其种类，初步判断故障发生时间与原因，然后采取专业技术进行详细分析，最后根据结果进行故障评价并得出处理策略。其中，在对故障进行分类时，应以影响程度大小为依据，便于处理措施的选择。而最后阶段的故障评价与处理，应根据诊断结果，综合故障类型、影响程度等，来确定修复处理技术，争取对故障进行有效隔离，或者降低故障影响范围。另外，故障诊断测试又可以分为故障监测和实验性测试两部分，故障监测主要在故障发生前展开，诊断对象处于正常作业状态，通过对其进行在线测试，预测可能会出现的故障。而实验性测试则是在故障发生后进行，通过测试能够及时定位故障位置，并根据故障特点进行分类。且在进行实验性测试时，需要停止诊断对象作业，提高测试结果准确性。

（3）故障修复。在得到故障诊断结果后，采取措施来对系统所存故障进行处理修复，通过改变空置率或者系统重构，使得系统在发生故障的同时，还可以维持良好的运行状态。故障修复对于维持系统可靠运行具有重要意义，需要将前两阶段所得信息结合起来，编制合理有效的修复方案，选择可行性最高的修复技术，降低故障影响范围。

3 机电控制系统故障诊断策略

机电控制系统故障诊断，主要包括两个方面，即检测设备运行状态，以及对发现的设备故障进行诊断分析，以此来及时消除存在的各类问题，保证系统可以正常运行。我国机电控制系统诊断研究比较晚，很多诊断技术在实际应用中还不成熟，目前常用的诊断方法如基于机理研究诊断理论方法、基于信号处理与特征提取故障诊断、振动信号诊断、模糊诊断理论与方法、故障诊断灰色系统理论与方法、故障树分析诊断方法以及故障诊断专家系统理论与方法。对于不同的诊断方法，所对应的情况不同，在选择时需要从实际情况出发，总结故障表现形式，来选择合适的诊断方法，判断故障发生原因，并以此为基础确定故障处理措施。

例如机电控制系统出现内部控制干扰故障，便需要对内部结构进行诊断，确定系统工艺、结构、线路、电源以及底线是否存在故障，同时还需要对各元件性能进行检测，因为内部干扰具有很强的偶然性和随机性。内部干扰故障可以分为固定干扰与过渡干扰两种，其中固定干扰即信号串扰、反射噪声以及馈电系统干扰。另外，控制系统还存在外部干扰故障，主要是外部装置串扰到内部装置，干扰形式比较多，如雷击、闪电等自然因素对系统结构产生的干扰。对于不同的故障类型，需要准确确定诊断对象，选择合适的诊断技术，安排专业人员负责，有效检测造成故障发生的原因，且有目的性的采取措施进行处理，维持系统的正常运行。

4 结束语

对机电控制系统进行故障诊断，需要基于系统结构特点进行分析，确定故障诊断要求，按照专业规范，对控制系统进行诊断，及时发现可能会出现的故障隐患，而对于已经出现的故障，则需要确定其发生原因，并进行分类，选择有效的措施进行处理，保证系统能够正常运行。

参考文献：

[1]宋麒麟.数控机床控制及故障诊断系统设计与实现[D].华东理工大学，2012.

[2]徐玲玲.民机机电系统故障诊断研究[D].南京航空航天大学，2011.

机电系统理论与技术范文第5篇

关键词：电力系统 非线性控制 反馈线性化方法

电力系统是一个复杂的非线性动态大系统，随着大机组、超高压电网的迅速发展，改善电力系统运行的安全稳定成为日趋重要和紧迫的研究课题。随着微型计算机和现代控制理论的不断进展，各种先进的控制方法在电力系统控制方面得到了广泛的应用，它们在提高电力系统性能的同时，也为解决电力系统安全、稳定和经济运行问题提供了各种各样的途径。

一、基于电力系统非线性模型的设计

通常对非线性系统进行控制主要有两大类处理方法：①先将非线性系统在某一邻域内进行反馈线性化，然后运用现代控制理论的思想进行控制的设计，如基于微分几何理论的反馈线性化法、直接反馈线性化方法等。②直接应用非线性控制理论的结果，如变结构方法、鲁棒控制和智能控制等。

1.1 基于微分几何理论的反馈线性化法

基于微分几何理论的反馈线性化法通过微分同胚映射实现坐标变换，根据变换后的系统设计非线性反馈，实现非线性系统的精确线性化。微分几何方法适合仿射非线性系统。这种方法具有坚实的理论基础，但其控制律的推导对于数学基础要求较高，同时非线性反馈的引入令控制器结构复杂，限制了它在工程中的运用。

1.2 直接反馈线性化方法（DFL）

DFL方法不需要进行复杂的坐标变换和大量数学推导，具有计算简单、物理概念清晰的优点，便于工程应用。运用DFL方法设计了新型变结构励磁和综合控制器，仿真表明该控制器提高了系统的暂态稳定性和故障后的电压调节性能。

1.3 Lyapunov直接法

Lyapunov 直接法由于直接考虑了系统的非线性特性，且物理概念清晰，在电力系统暂态稳定的分析及控制器的设计中得到了广泛的应用。基于Lyapunov直接法研究了非线性励磁控制，数字仿真和基于微机实现的控制装置验证了所提出的控制规律的有效性。

1.4 无源系统理论

无源系统是一类考虑系统与外界有能量交换的动态系统，系统无源可以保持系统的内部稳定。从无源系统的角度看，Lyapunov 函数的构造过程正是使系统无源化的过程，此时的Lyapunov 函数正是保证系统无源性的存储函数。Lyapunov 意义下的稳定是指无外部激励条件下系统广义能量的衰减特性，而无源性是指系统有外界输入时的能量衰减特性。

对于存在干扰的系统来说，为了使得系统内部稳定，可依靠无源理论来构造反馈控制器，使得相应的闭环系统无源而保持内部稳定。一般来说，无源性、稳定性与最优性密切相关，但是Lyapunov 函数的构造还没有规律可循，需要经一步研究。

1.5 自适应控制

自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统。自适应控制器能够修正自己的特性以适应对象和扰动的动态变化。采用自适应控制技术能够有效地解决模型不精确和模型变化所带来的鲁棒性问题，但是由于它需要复杂的在线计算和递推估计，只是适合于一些渐变和实时性不高的过程。

1.6 智能控制

基于人工神经网络（ANN）、模糊控制（FC）和专家系统（ES ）的智能控制由于具有处理各种非线性的能力、并行计算的能力、自适应、自学习和自组织的能力以及容许模型不精确甚至不确定等多方面优点，使之可以综合解决多机电力系统控制所面临的诸多问题。应用ANN 实现了励磁、快关汽门和电阻掣动三种不同控制器的最优综合控制。用模糊控制与线性最优控制结合实现了非线性自适应变增益励磁控制，弥补了固定增益的线性最优励磁控制对大、小干扰或不同目标采用折中设计和无法考虑强非线性约束的不足。

二、结束语

非线性控制理论在电力系统中成功的应用明显地提高了电力系统暂态稳定性，对增强电压稳定性也有显著的作用。不过，由于非线性系统控制问题的复杂性，不能找到一种万能的非线性控制方法。每一种方法只适合解决一些特殊的非线性系统控制问题。另外，具体的电力系统控制问题有其自身的复杂性，如要同时满足互相矛盾的几个控制目标等，目前控制器大多基于单机无穷大系统模型设计，而在实际多机电力系统中，如何得到分散解耦控制并加以妥善协调，进而提高整个系统的稳定性是值得研究的问题。

参考文献：

[1]卢强，孙元章.电力系统非线性控制[M].北京：科学出版社，1993.

[2]胡跃明.非线性控制系统理论与应用[M].北京：国防工业出版社，2002.