第1章 导论 1
1.1引言 1
1.2控制理论发展概述 3
1.3线性控制系统与非线性控制系统 11
1.4非线性系统近似线性化设计方法及其局限性 14
1.5非线性系统稳定与不稳定平衡点 17
1.6非线性系统的混沌现象与电力系统非线性振荡 19
第2章 非线性最优控制若干基本概念 24
2.1引言 24
2.2非线性最优控制问题的数学描述 25
2.3非线性系统的坐标变换 26
2.3.1坐标变换的一般概念 26
2.3.2线性系统坐标变换 27
2.3.3非线性坐标变换与微分同胚 28
2.3.4映射 29
2.3.5局部微分同胚 29
2.3.6非线性控制系统的坐标变换 30
2.4仿射非线性系统 31
2.5向量场 33
2.6向量场的导出映射 35
2.7 Lie导数与Lie括号 37
2.7.1 Lie导数 37
2.7.2 Lie括号 39
2.8向量场集合的对合性 43
2.9控制系统的关系度 45
2.10非线性系统的线性化标准型 48
2.11小结 53
第3章 单输入单输出非线性最优控制系统设计原理 56
3.1引言 56
3.2状态反馈精确线性化设计原理 57
3.2.1关系度r等于系统阶数n的线性化设计原理 57
3.2.2非线性控制律最优性讨论 62
3.2.3一般情况下的线性化设计原理 67
3.2.4精确线性化的条件 69
3.2.5精确线性化的算法 76
3.3零动态设计原理与方法 86
3.3.1零动态第一种设计方法 86
3.3.2零动态第二种设计方法 91
3.3.3零动态第三种设计方法 94
3.3.4零动态第四种设计方法 100
3.3.5若干问题讨论 106
3.4线性系统零动态设计方法 108
3.5输出对干扰解耦的控制系统设计原理 113
第4章 多输入多输出非线性最优控制系统设计原理 123
4.1引言 123
4.2关系度与线性化标准型 123
4.2.1系统的关系度 123
4.2.2线性化标准型 126
4.3零动态设计原理 138
4.4状态反馈精确线性化设计原理 148
4.4.1状态反馈精确线性化的条件 148
4.4.2状态反馈精确线性化的算法 151
4.4.3非线性控制律最优性讨论 164
第5章 非线性鲁棒控制设计原理 168
5.1引言 168
5.2非线性鲁棒控制基本概念 169
5.2.1非线性鲁棒控制问题的数学描述 169
5.2.2信号及其L2范数 170
5.2.3系统及其L2增益 172
5.2.4耗散系统与Hamilton-Jacobi不等式 175
5.2.5二人零和微分对策 179
5.3 Hamilton-Jacobi-Issacs不等式 180
5.3.1 L2增益意义下的非线性鲁棒控制问题 180
5.3.2 Hamilton-Jacobi-Issacs不等式的推导 182
5.3.3线性鲁棒控制系统的HJI不等式——Riccati不等式 187
5.4反馈线性化H∞设计法 189
5.5 SDM混合反馈线性化H∞方法 195
5.5.1 SD反馈线性化H∞方法 195
5.5.2 SM反馈线性化H∞方法 203
5.5.3 SDM反馈线性化H∞方法与输出设计 210
第6章 电力系统基本数学描述 212
6.1引言 212
6.2同步发电机转子运动方程 213
6.3同步发电机输出功率方程 215
6.4多机系统中同步发电机实用的输出功率方程 222
6.4.1单机无穷大系统中的发电机输出功率方程 222
6.4.2多机系统中同步发电机实用化的输出功率方程 224
6.5同步发电机励磁绕组电磁动态方程 228
6.6汽轮发电机组汽门开度控制系统数学描述 228
6.7水轮发电机组水门开度控制系统数学描述 232
6.7.1水力系统动态方程 233
6.7.2水轮机子系统动态方程 236
6.7.3水轮机调速系统模型 237
6.8直流输电系统数学描述 240
6.8.1直流输电线路的动态方程 240
6.8.2直流调节系统的数学模型 244
6.9超导储能系统数学描述 246
第7章 大型发电机组非线性最优励磁控制 249
7.1引言 249
7.2励磁控制方式的发展 250
7.3单机系统中发电机非线性最优励磁控制系统的设计 257
7.3.1精确线性化设计方法 257
7.3.2关于非线性最优励磁控制规律的实现问题的讨论 265
7.3.3非线性最优励磁控制的效益 266
7.4多机系统中发电机非线性最优励磁控制系统的设计 270
7.4.1多机电力系统的动力学方程 271
7.4.2励磁控制系统精确线性化的设计方法 272
7.4.3实用化的非线性最优励磁控制规律 282
7.4.4多机系统发电机非线性最优励磁控制规律的讨论 283
7.4.5多机电力系统非线性最优励磁控制器的控制效果 284
第8章 大型发电机组非线性鲁棒励磁控制 291
8.1引言 291
8.2多机励磁系统建模 291
8.3非线性鲁棒励磁控制器的设计 293
8.4非线性鲁棒励磁控制器参数整定方法 296
8.5非线性鲁棒励磁控制器现场试验 297
8.5.1额定负载2％机端电压阶跃试验 298
8.5.2单机稳定极限试验 299
8.5.3双机稳定极限试验 299
8.5.4切机试验 301
8.6非线性鲁棒励磁控制器在RTDS上的实验 301
8.6.1 RTDS实验系统 302
8.6.2 0.1 Hz低频振荡抑制实验 303
8.6.3静稳极限功率传输实验 303
8.6.4大扰动实验 304
8.6.5非线性鲁棒励磁控制器鲁棒性能测试 306
第9章 大型汽轮发电机组汽门开度非线性最优控制 308
9.1引言 308
9.2单机无穷大系统中汽轮发电机组汽门非线性最优控制 309
9.2.1数学模型 309
9.2.2精确线性化设计方法 311
9.2.3单机系统汽门非线性最优控制的动态模拟实验结果 316
9.2.4单机系统主调节汽门非线性最优控制的数字仿真结果 319
9.3多机电力系统中发电机组汽门非线性最优控制 320
9.3.1数学模型 320
9.3.2精确线性化设计方法 322
9.3.3多机电力系统汽门非线性最优控制措施的效果 331
9.4若干问题的讨论 332
第10章 大型水轮发电机组水门开度非线性鲁棒控制 335
10.1引言 335
10.2理想水轮机建模及水门开度非线性鲁棒控制 335
10.2.1数学模型 335
10.2.2控制器设计 337
10.2.3单机系统水轮机水门非线性鲁棒控制的效果 342
10.3多机系统中水轮发电机组水门非线性鲁棒控制 343
10.3.1数学模型 343
10.3.2控制器设计 344
10.3.3多机电力系统水门非线性鲁棒控制措施的效果 347
10.4数字式水门开度非线性鲁棒控制器 355
10.4.1非线性鲁棒控制器软件结构 355
10.4.2非线性鲁棒控制器硬件设计 357
10.5动态模拟实验 358
10.5.1实验系统 358
10.5.2实验步骤 359
10.5.3动模实验结果及分析 359
10.6现场模拟试验及结果 361
10.6.1试验系统与方案 361
10.6.2试验效果 362
10.7若干问题的讨论 366
第11章 交直流联合输电系统中直流系统非线性最优控制 367
11.1引言 367
11.2换流站运行特性与常规控制方式 367
11.2.1整流器电压-电流特性 367
11.2.2逆变器的电压-电流特性 368
11.2.3整流器定直流电流、逆变器定关断越前角的常规控制方式 369
11.2.4整流器定直流电流、逆变器定直流电压的常规控制方式 370
11.2.5直流输电系统的功率调制 371
11.3换流站的非线性最优控制 372
11.3.1定电流、定关断越前角非线性最优控制器的设计 372
11.3.2定电流、定电压非线性最优控制器的设计 381
11.4直流系统非线性最优控制与互联电力系统的稳定性 385
11.4.1交直流系统非线性最优控制器设计的数学模型 385
11.4.2非线性最优直流稳定控制器设计 387
11.4.3直流系统非线性稳定控制器的控制效果 389
第12章 超导储能设备非线性鲁棒控制 391
12.1引言 391
12.2装有SMES的单机无穷大系统的数学模型 391
12.3非线性鲁棒控制器设计 393
12.4单机无穷大系统中SMES非线性鲁棒控制计算机仿真效果 396
12.5 SMES非线性鲁棒控制器动态模拟实验 398
12.6若干问题的讨论 403
第13章 静止无功补偿器系统的非线性最优控制 404
13.1引言 404
13.2无功补偿的基本概念 404
13.2.1输电系统中的无功潮流 404
13.2.2无功功率补偿的两种基本方式 406
13.2.3线路中间无功补偿对传输功率极限的影响 407
13.3静止无功功率补偿装置的结构 411
13.3.1可控硅控制电抗器（TCR型） 411
13.3.2可控硅开关电容器（TSC型） 417
13.4静止无功补偿器（SVS）的常规控制方式 420
13.5静止无功补偿器的非线性最优控制器设计 422
13.5.1 SVS控制系统模型 422
13.5.2精确线性化设计方法 423
13.5.3静止无功补偿器非线性最优控制的效益 426
附录 429
A 8机36节点参数 429
B 非线性鲁棒控制调速器的安装地点及对应参数 430
C 动模实验系统参数 430
参考文献 431