考慮到發(fā)電機是一個非線性強、工況多變的復雜對象，要想提高勵磁系統(tǒng)的控制品質和魯棒性能，有效措施是采用非線性控制理論和方法。隨著非線性控制理論的不斷發(fā)展，在電力系統(tǒng)控制中的應用越來越廣泛，各種非線性勵磁控制也迅速發(fā)展起來，主要有以下幾種勵磁控制方法：
（1）李雅普諾夫函數法。該方法以李雅普諾夫第二穩(wěn)定性理論為基礎，通過構造能反映機組運行規(guī)律的李雅普諾夫函數，并以其作為最小目標設計控制律。該方法直接考慮了勵磁系統(tǒng)的非線性特性，原理簡單，易于掌握，然而具體設計中的李雅普諾夫函數不易得到，在工程應用中面臨著限制。
（2）反饋線性化法。反饋線性化法包括微分幾何法、直接大范圍線性化和逆系統(tǒng)方法等若干種設計手段。微分幾何法利用微分幾何這個數學工具，通過合理的坐標變換找到非線性反饋規(guī)律，引入虛擬控制量將非線性系統(tǒng)映射為一個線性系統(tǒng)，適合于仿射非線性系統(tǒng)。
（3）H∞勵磁控制：該控制方法是一種綜合考慮控制系統(tǒng)的魯棒性和目標函數最優(yōu)的控制方法，以某運行區(qū)問的性能指標為目標函數，設計的參數具有更低的靈敏度，控制器具有較強的魯棒性能。
（4）變結構勵磁控制：變結構控制魯棒性強，通過滑動模態(tài)切換控制，強制系統(tǒng)在滑面上運行以使系統(tǒng)鎮(zhèn)定。基于平衡點處近似線性化模型設計了VSC勵磁控制器，該控制器具有一定的魯棒性能，但平衡點處近似線性化模型決定了它不能從根本上解決電力系統(tǒng)控制器的魯棒性問題，采用基于反饋線性化模型的非線性變結構勵磁控制，并采用附加勵磁的控制方式，提出了同時改善發(fā)電機功角穩(wěn)定和電壓動態(tài)特性的變結構勵磁控制設計方法。
（5）自適應勵磁控制：自適應控制通過連續(xù)測量控制對象的動態(tài)特性，與所希望的動態(tài)特性相比較，從而判斷勵磁系統(tǒng)運行狀態(tài)并選擇預設的控制參數，該方法能有效地解決勵磁控制器對運行工況變化的魯棒性問題，控制性能較好。
（6）智能勵磁控制方法：隨著智能控制理論與方法的不斷發(fā)展，以模糊邏輯控、神經網絡控、專家系統(tǒng)控制為代表的智能控制方法在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的研究和應用，已成為控制領域最重要的一個發(fā)展趨勢。模糊控制無需建立對象的數學模型，具有較強的魯棒性，控制機理符合人們對工業(yè)過程的直觀描述和思維邏輯，是解決對象非線性特性的一種有效途徑。現在已經形成了許多種基于神經網絡的控制器設計方法。基于模糊自回歸滑動平均模型的自組織穩(wěn)定器、自適應自調整模糊勵磁控制器將神經網絡控制應用于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的設計，利用神經網絡控制算法來設計智能勵磁控制器，取得了較好的性能和效果。
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