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现代电力系统的飞速发展为日益增长的电能需要提供了保障,各种新能源(如:风能、太阳能等)发电被接入电力系统中。由于新能源具有间歇、分散、波动等不稳定性,给电力工作者带来了许多难题和挑战。因此,提高电力系统稳定性和改善电能质量就显得尤为重要。超级电容储能制动装置(Super Capacitor energy storage Brake Device,SCBD)作为一种新型的储能制动装置,不仅能在故障后快速投入实现电气制动,提高系统的暂态稳定性和线路的功率传输能力,还可以提供一定的功率支撑,以维持电网的稳定运行,改善电力系统的动、静态性能和电能质量。研究SCBD的控制策略,SCBD与电网其它装置间的协调控制,以提高电力系统的稳定运行水平,使目标量具有良好的动、静态性能,具有重要的实际意义。基于非线性微分代数的电力系统模型能将多种装置的模型结合起来,便于研究SCBD与其它装置间的协调控制具有工程实用价值。本文基于微分代数模型,研究SCBD与水轮机的非线性协调控制策略问题,主要完成以下两点工作:(1)针对SCBD的结构电路图,本文推导了 SCBD的数学模型并论证了其四象限的运行能力。然后建立了单机SCBD的非线性微分代数模型,采用微分代数模型多指标非线性控制(Differential Algebraic model Multi-index Nonlinear Control,DAMNC)的方法来进行单机SCBD控制器的设计,以此来论证SCBD独立控制时的电气制动效果,对电力系统暂态稳定性和动、静态性能的影响。(2)以水轮机励磁系统为切入点,研究SCBD与水轮机励磁系统间的协调控制,针对水轮机励磁系统与SCBD的非线性微分代数模型,采用DAMNC的方法进行SCBD协调控制器的设计,并借助Hartman-Grobman定理,采用近似线性化后闭环系统的极点位置来配置合适的参数矩阵C、K使被控系统的动、静态性能得到很好的协调,趋于渐进稳定状态。仿真结果说明:DAMNC方法设计的控制器能够更好地惩戒系统的动、静态性能,对目标量实现精准控制,增强了其抗干扰的能力;SCBD不仅很好地抑制了系统的阻尼振荡,提高系统的静、暂态稳定性,还改善了电能质量。