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第一章 绪论1

1.1 现代电力系统1

1.2 电力系统运行的稳定性及其控制2

1.3 电力系统的分散协调控制5

1.4 电力系统的智能控制7

第二章 电力系统元件的数学模型9

2.1 同步电机的数学模型9

2.1.1 电压方程和磁链方程9

2.1.2 凸极同步电机的自感系数和互感系数11

2.1.3 派克变换13

2.1.4 同步电机的标幺值系统及标幺值派克方程19

2.1.5 同步电机的输出功率及电磁转矩23

2.1.6 同步电机转子运动方程24

2.1.7 发电机电磁暂态过程实用模型27

2.1.8 关于阻尼系数D37

2.2 网络的数学模型47

2.3 励磁系统的数学模型48

2.3.1 励磁功率单元的数学模型49

2.3.2 励磁调节器的数学模型53

2.4.1 原动机的数学模型55

2.4 原动机、调速系统的数学模型55

2.4.2 调速系统的数学模型58

2.4.3 汽轮机汽门快控特性61

2.5 直流输电系统的数学模型62

2.5.1 概述62

2.5.2 整流站公式64

2.5.3 逆变站公式67

2.5.4 直流输电线路公式69

2.5.5 直流输电调节系统的数学模型70

2.5.6 标幺值系统72

3.1 概述73

第三章 全状态量反馈线性最优控制73

3.2 全状态量反馈线性最优控制系统设计原理74

3.3 同维输出量反馈的线性最优控制79

3.4 全状态量反馈及同维输出量反馈线性最优励磁控制81

3.4.1 励磁控制的作用及励磁控制技术的发展81

3.4.2 全状态量反馈及同维输出量反馈最优励磁控制系统的设计84

3.4.3 最优励磁控制的效益91

3.4.4 全状态量反馈的最优励磁控制器与PSS的性能比较95

3.4.5 碧口电厂100MW水轮发电机组采用LOEC现场试验结果97

3.4.6 全状态量反馈最优励磁调节器动态特性的综合分析98

3.5 并联运行的柴油发电机组调速、励磁和功率分配综合最优控制102

3.5.1 柴油发电机组并联运行的稳定性103

3.5.2 并联运行的柴油发电机组的数学模型103

3.5.3 综合最优控制规律及其实现105

3.5.4 仿真研究和现场调试试验结果110

第四章 可选择控制结构的最优分散协调控制115

4.1 概述115

4.1.1 孤立分散控制与协调分散控制115

4.1.2 电力系统性能指标116

4.1.3 二次型性能指标117

4.2 部分输出量反馈控制119

4.2.1 预备定理及矩阵迹的基本运算法则119

4.2.2 部分输出量反馈控制121

4.3 具有可选择控制结构约束的大系统分散协调控制125

4.3.1 矩阵迹对对角块矩阵的求导法则126

4.3.2 按子系统状态量反馈的分散协调控制127

4.3.3 可选择控制结构的部分输出量反馈最优分散协调控制128

4.4 几种控制方法的关系和固定模133

4.4.1 几种控制方法的关系133

4.4.2 固定模的概念135

4.5 Levine-Athans方程组的求解136

4.5.1 一阶梯度法137

4.5.2 共轭梯度法138

4.5.3 直接迭代法140

4.5.4 初始稳定的分散控制反馈增益阵K？的求法142

4.5.5 几种算法比较143

第五章 输出反馈最优分散协调励磁控制器146

5.1 输出反馈分散协调励磁控制器简介146

5.2 多机电力系统状态方程和输出方程146

5.2.1 各环节的数学模型147

5.2.2 线性化和偏差化148

5.2.3 d-q坐标系与x-y坐标系的变换150

5.2.4 建立状态方程151

5.2.5 建立输出方程151

5.3 输出反馈最优分散协调励磁控制器的问题描述153

5.4 权矩阵的选择154

5.4.1 权矩阵选择的相关特性法154

5.4.2 计算实例155

5.4.3 几种影响因素分析160

5.5.1 反馈变量的选择164

5.5 反馈变量的选择及分散控制器装设地点的确定164

5.5.2 控制器装设地点的选择166

5.6 动模试验和数字仿真171

5.6.1 三机系统的动模试验171

5.6.2 六机系统的数字仿真175

第六章 交直流混合输电系统的分散协调控制178

6.1 概述178

6.2 状态方程及输出方程178

6.2.1 直流系统的数学模型178

6.2.2 直流系统数学模型的线性化和偏差化180

6.2.3 同步发电机部分的线性化数学模型184

6.2.4 交流网络模型及坐标变换185

6.2.5 建立状态方程和输出方程187

6.3 直流系统分散协调控制器的设计举例189

6.3.1 控制器设计方法190

6.3.2 各种不同方案控制器设计结果比较190

6.3.3 运行条件改变时分散协调控制器的适应性195

6.3.4 时域仿真结果196

6.4 小结199

7.1 概述200

第七章 电力系统关联测量分散控制200

7.2 数学模型的处理201

7.3 各子系统分散控制规律的求取204

7.4 △E′qi，△Iqi，△Idi的转换207

7.5 多机电力系统关联测量最优分散协调控制器设计举例208

7.5.1 电力系统关联测量最优分散协调控制器设计步骤208

7.5.2 设计举例的系统及参数209

7.5.3 控制器设计结果及小干扰动态响应比较210

7.5.4 控制器设计结果的暂态稳定仿真比较217

7.6 小结220

第八章 大规模电力系统特征值计算及降阶动态等值——相对关联分析法221

8.1 概述221

8.2 相对关联模型221

8.3 电力系统的关联模型224

8.3.1 电力系统第一关联增益阵的求取224

8.3.2 电力系统相对关联增益阵的计算举例226

8.4 相对关联分析方法在大规模系统特征值计算及控制器设计中的应用228

8.4.1 基本思路228

8.4.2 特征值计算与控制器设计举例229

9.1 概述242

第九章 基于人工神经网络的电力系统智能控制242

9.2 人工神经元及神经网络244

9.2.1 神经元244

9.2.2 转移函数245

9.2.3 前馈网络与反馈网络247

9.3 BP模型与算法248

9.4 人工神经网络的实现252

9.4.1 实现人工神经网络的一些方案252

9.4.2 用数字硬件查表法实现任意非线性转移函数255

9.4.3 固定连接权前馈神经网络硬件实现257

9.4.4 前馈神经网络硬件校验259

9.5 人工神经网络快速汽门自适应控制器262

9.5.1 汽门快控技术发展现状262

9.5.2 人工神经网络汽门自适应控制器设计的基本思路265

9.5.3 输入特征量的选取及采样266

9.5.4 样本集的构成267

9.5.5 人工神经网络汽门控制器的训练269

9.5.6 控制效果数字仿真271

9.5.7 神经网络控制器的“内插”功能275

9.5.8 人工神经网络汽门控制的动模试验研究277

9.6 基于人工神经网络的励磁调节、快控汽门和电阻制动的协调控制281

9.6.1 控制器模型和控制器设计282

9.6.2 数字仿真结果284

9.6.3 结论285

附录A 矩阵微积分286

A.1 基本定义286

A.2 矩阵微分法则287

A.3 矩阵指数及其性质288

A.4 方阵的迹及其导数288

B.1 线性齐次微分方程组的解290

附录B 线性定常系统微分方程组的解及其状态转移矩阵290

B.2 线性非齐次定常微分方程组的解291

B.3 线性定常连续系统的能控性292

B.4 线性定常连续系统的能观测性293

附录C 矩阵李雅普诺夫方程的求解方法296

C.1 直接展开法296

C.2 级数展开法297

附录D 决定一般闭环系统最优控制规律的海米尔登——庞特利亚金方程300

D.1 欧拉方程300

D.2 欧拉-拉格朗日方程300

参考文献304