抑制联络线振荡的广域阻尼控制

广域阻尼控制为提高互联系统区间振荡模式的阻尼特性提供了新途径。为研究广域阻尼控制反馈信号和控制器安装点的优化选择,应用特征根分析法和传统控制理论,以 IEEE 10 机39 母线系统为例,分析了多机系统振荡功率在网络中的分布特征。由于良好信号能量和信噪比,区间振荡模式的联络断面振荡功率可为广域阻尼控制器优选反馈信号;阻尼控制器安装点的优化能够利用发电机至联络断面之间的传递函数模型,通过机电模式的留数和留数比确定。进而针对互联系统,给出了的结合特征根分析法和系统辨识技术的反馈信号选择与广域阻尼控制器布点的一般流程,改善了大系统的计算复杂性。     

抑制区域间低频振荡的UPFC模糊滑模控制器

低频振荡是区域互联电力系统面对的重要问题。从暂态能量的角度对区域间低频振荡进行了分析,并以暂态能量函数下降为目标,分析了统一潮流控制器(UPFC)抑制区域间低频振荡的原理。进而设计了UPFC抑制区域间低频振荡的模糊滑模控制策略。该策略采用区域联络线电气量作为输入信号,构造滑模控制的切换函数,然后通过模糊控制器输出控制信号,改变UPFC串联侧输出电压,抑制低频振荡。该方法兼具滑模控制与模糊控制的优点,经四机两区域系统仿真分析,验证了所提抑制策略的有效性。     

大型电力系统中广域阻尼控制器的配置和反馈信号选择

针对互联电网的区间低频振荡问题,提出一种适用于大型电力系统中广域阻尼控制器的配置和反馈信号选择的方法.采用模式可控性指标对控制装置进行选点配置,并根据模式分析理论和多输入多输出控制理论相结合的思想,采用综合筛选法为已配置的控制点选择合适的广域反馈信号.综合筛选法通过4个指标对可选的众多广域信号进行逐级筛选.综合筛选法综合考虑控制器输入和输出的相互作用以及多控制器之间的协调,使得选点和选信号可以统筹兼顾.新英格兰测试系统的仿真结果验证了该方法能有效地阻尼系统的区间振荡模式,提高了系统的稳定性.     

TCSC低频振荡阻尼控制器设计研究

提出了一种基于测试信号法的TCSC功率振荡阻尼(POD)控制器的设计方法,避免了计算量庞大的状态矩阵特征值计算。该方法由3步组成:第1步,利用测试信号法辨识出电力系统的区域间振荡模式和设计POD控制器所需要的信息;第2步,比较不同输入信号的留数比来选择POD控制器的各个备选输入信号;第3步,用补偿留数相位的方法对POD控制器参数进行整定。通过比较POD控制器安装前后低频振荡阻尼比的变化和时域仿真说明了该设计方法的有效性,且适用于大规模电力系统。     

统一潮流控制器(UPFC)对次同步振荡的影响及抑制策略

FACTS等快速控制装置在一定条件下可能激发电力系统的次同步振荡问题,导致发电机轴系失稳,造成重大事故,危害电力系统的安全稳定运行。UPFC作为一种新型FACTS元件,虽然能实现母线电压控制和线路有功、无功功率的调节,但对次同步振荡影响的研究较少。同时,目前的UPFC阻尼控制器多针对低频振荡模态。故在搭建UPFC模型的基础上,运用测试信号法,研究了系统运行参数和UPFC电压有功控制等对次同步振荡的影响,并设计了相应的UPFC附加阻尼控制器。在IEEE第二标准测试系统上的计算机仿真说明,该控制器能有效提高多个扭振模态的电气阻尼,抑制系统的次同步振荡。     

Mode selective damping of power system electromechanical oscillations for large power systems using supplementary remote signals

This paper presents the design of local decentralized power system stabilizer (PSS) controllers, using selected suitable remote signals as supplementary inputs, for a separate better damping of specific inter-area modes, for large-scale power systems. System identification technique is used for deriving lower order state-space models suitable for control design. The lower-order model is identified by probing the network in open loop with low-energy pulses or random signals. The identification technique is then applied to signal responses, generated by time-domain simulations of the large-scale model, to obtain reduced-order model. Lower-order equivalent models, thus obtained, are used to design each local PSS controller separately for each of the inter-area modes of interest. The PSS controller uses only those local and remote input signals in which the assigned single inter-area mode is most observable and is located at a generator which is most effective in controlling that mode. The PSS controller, designed for a particular single inter-area mode, also works mainly in a frequency band given by the natural frequency of the assigned mode. The locations of the local PSS controllers are obtained based on the amplitude gains of the frequency responses of the best-suited measurement to the inputs of all generators in the interconnected system. For the selection of suitable local and supplementary remote input signals, the features or measurements from the whole system are pre-selected first by engineering judgment and then using a clustering feature selection technique. Final selection of local and remote input signals is based on the degree of observability of the considered single mode in them. To provide robust behavior, H_∞ control theory together with an algebraic Riccati equation approach has been applied to design the controllers. The effectiveness of the resulting PSS controllers is demonstrated through digital simulation studies conducted on a sixteen-machine, three-area test power system.     

电力系统广域阻尼控制与工程应用

弱阻尼区间低频振荡是制约互联电网区域间输电能力提高的因素。传统阻尼控制器的输入主要为本地信号,不能很好地反映区间振荡模式,对区间振荡模式的阻尼效果很有限。虽然阻尼控制器应用日益广泛,但低频振荡现象仍时有发生。基于广域测量系统的广域阻尼控制是解决区间振荡问题的有效措施,其系统结构、建模、输入信号和控制地点的选择、网络通信...     

Design of an ANN tuned adaptive UPFC supplementary damping controller for power system dynamic performance enhancement

A supplementary damping controller for a unified power flow controller (UPFC) is designed for power system dynamic performance enhancement. To maintain a good damping characteristic over a wide range of operating conditions, the gains of the UPFC supplementary damping controller are adapted in real time, based on online measured transmission line loadings (active and reactive power flows). To speed up the online gain adaptation process, an artificial neural network is designed. A major feature for the proposed adaptive UPFC supplementary damping controller is that only physically measurable variables (active and reactive power flows over the transmission line) are employed as inputs to the adaptive controller. To demonstrate the effectiveness of the proposed adaptive UPFC supplementary damping controller, computer simulations are performed on a power system subject to a three-phase fault. It is concluded from the simulation results that the proposed adaptive UPFC supplementary damping controller can yield satisfactory dynamic responses over a wide range conditions. The electromechanical mode with an oscillation frequency around 0.78 Hz has been effectively damped by the proposed damping compensators.     

基于PSCAD/EMTDC的统一潮流控制器动态仿真模型

设计了组成统一潮流控制器(UPFC)的动态仿真模型的各个模块,包括正弦脉宽调制(SPWM)信号产生模块、电压源变换器(VSC)控制模块和UPFC控制器的比例积分(PI)控制电路.首先采用三相桥式全控电路组成VSC,VSC的开关器件采用绝缘栅双极性晶体管(IGBT),门极信号按SPWM的方式产生.然后通过分析线路传输功率方程设计了一个简单的PI控制器,并构成完整的UPFC仿真模型.还基于该动态模型对UPFC在功率调节、电压控制和抑制振荡等方面的功能进行了仿真分析.仿真结果表明该UPFC仿真模型在线路功率发生较大变动时能使线路快速恢复;在系统发生三相短路时能有效减少系统的功率损失和减小母线电压的暂降幅度;在系统发生功率波动时还能大幅度减小振幅.     

基于振荡能量下降原理的UPFC模糊控制器设计

研究了自适应统一潮流控制器(U PFC)模糊逻辑辅助阻尼控制器的设计方法。从振荡能量函数角度分析了U PFC安装线路的功率振荡特性,提出了以降低振荡能量为控制目标的阻尼控制策略。控制器以U PFC线路的功率为输入信号,通过对系统运行状态和控制效果进行评判,应用模糊规则自适应地调节控制参数,实现对系统功率振荡的有效抑制。控制器设计不需要系统的精确模型和参数。在10机新英格兰测试系统上的仿真研究表明,该控制器控制效果明显优于线性控制器,能有效抑制系统低频振荡,提高电力系统的动态稳定性水平,且具有较强的鲁棒性。     

直流广域自适应阻尼控制器设计与RTDS实验

传统的阻尼控制器较难适应系统结构与运行方式的变化,导致电网的低频振荡现象仍然时有发生.设计了一种基于广域动态信息的自寻优自适应阻尼控制器.该控制器使用改进的Prony算法,在线分析得到系统弱阻尼区间振荡模式的阻尼比,并据此通过自寻优的方法调整控制器的参数.该方法避免了现有自适应阻尼控制方法中存在的系统降阶模型辨识的困难,其控制效果通过在南方电网直流调制中的仿真应用得到了验证.进一步,实现了该直流自适应阻尼控制器的软硬件系统,并在基于实时数字仿真器(RTDS)与广域测量系统物理装置的实验平台上进行了测试.闭环控制实验结果说明了此自适应策略的有效性及广域阻尼控制的可行性.     

基于极大极小值原理的UPFC控制器设计

统一潮流控制器(UPFC)是一个多功能柔性交流输电系统(FACTS)装置,而电力系统的运行条件经常变化,如何协调设计UPFC的多控制通道并确保电力系统大范围稳定是一个难点。文中以特征值尽可能位于远离虚轴的左半平面为目标函数,将阻尼控制器的参数优化问题转化为一个极大极小值优化问题,并通过一种两种群遗传算法加以求解,以适应电力系统运行条件的大范围变化。与传统的控制器设计方法相比较,文中所提出的方法具有设计简便、智能化程度高、控制器适应性好的优点。以新英格兰测试系统为例,设计了UPFC控制器以抑制系统中可能发生的低频振荡。时域仿真结果表明基于极大极小值原理设计的UPFC控制器能适应宽广运行条件的变化,确保系统的大范围稳定。     

A unified model for the analysis of FACTS devices in damping powersystem oscillations. III. Unified power flow controller

For pt.II see ibid., vol.13, no.4, p.1355-62 (1998). This paper presents the establishment of the linearized Phillips-Heffron model of a power system installed with a unified power flow controller (UPFC). Two applications based on the Phillips-Heffron model are demonstrated: (1) study on the effect of UPFC DC voltage regulator on power system oscillation stability; and (2) selection of damping control signal for the design of UPFC damping controller     

A radial basis function neural network controller for UPFC

This paper presents the design of radial basis function neural network controllers (RBFNN) for UPFC to improve the transient stability performance of a power system. The RBFNN uses either a single neuron or multi-neuron architecture and the parameters are dynamically adjusted using an error surface derived from active or reactive power/voltage deviations at the UPFC injection bus. The performance of the new single neuron controller is evaluated using both single-machine infinite-bus and three-machine power systems subjected to various transient disturbances. In the case of three-machine 8-bus power system, the performance of the single neuron RBF controller is compared with a BP (backpropagation) algorithm based multi-layered ANN controller. Further it is seen that by using a multi-input multi-neuron RBF controller, instead of a single neuron one, the critical clearing time and damping performance are improved. The new RBFNN controller for UPFC exhibits a superior damping performance in comparison to the existing PI controllers. Its simple architecture reduces the computational burden thereby making it attractive for real-time implementation     

Nonlinear controller design of thyristor controlled series compensation for damping inter-area power oscillation

A design method of nonlinear controllers of thyristor controlled series compensation (TCSC) for damping inter-area power oscillation based on direct feedback linearization (DFL) is presented in this paper. To damp inter-area power oscillation of power systems, the power modulation action of the TCSC is illustrated firstly. Then the nonlinear model of a two-area power system with the TCSC control is constructed, and is linearized by the DFL. Finally, the design of the nonlinear optimal controller of the TCSC has been completed using the criterion of integration for time and absolute error (ITAE). The digital simulation results using NETOMAC program and detail models show that the presented controller of the TCSC can efficiently improve inter-area power oscillation damping of power systems.     

抑制区域间低频振荡的FACTS阻尼控制

随着电力系统规模的不断扩大,区域间低频振荡正成为限制电网传输能力的瓶颈。对少数发电机组安装PSS来抑制区域间低频振荡很难有好的效果。但FACTS因其安装地点的灵活性及良好的动态性能而给抑制区域间振荡提供了新的手段。为此,利用相角补偿原理,设计控制器持续减小区域间的振荡能量,以此来实现区域间阻尼控制。以SVC为例详细说明附加阻尼控制器的设计,通过PSASP软件下的仿真结果表明,具有附加阻尼控制作用的SVC能有效地抑制区域间低频振荡。另外,对其它几种常用的FACTS器件也设计了阻尼控制器,并同样通过了PSASP下的仿真验证,阻尼效果很好。以上结果证明利用FACTS可实现区域间低频振荡的阻尼控制。     

多馈入交直流输电系统的模糊控制器协调优化算法

设计了一套阻尼区域间功率振荡的模糊控制器。在多馈入交直流输电系统的直流功率控制系统和发电机励磁系统中同时采用了该模糊控制器,并对影响其性能的关键参数进行了协调优化。为了解决优化结果容易限于局部最优的问题,采用了遗传算法进行全局并行寻优,同时引入序优化理论在概率意义上保证优化解的质量。仿真结果表明:与常规阻尼控制器相比,模糊控制器能更好地提高交直流互联系统的动态稳定性且具有鲁棒性。序优化遗传算法比传统遗传算法具有更稳定的性能,可作为多馈入交直流输电系统的模糊控制器参数协调优化的一种有效方法。     

基于VSC-HVDC的统一附加阻尼最优控制方法

相比于传统发电机的电力系统稳定器（PSS）,柔性直流输电（VSC-HVDC）系统可以有效控制区域间的低频振荡。考虑到VSC-HVDC系统有功无功均能对交流系统进行独立控制,提出了基于有功无功双环控制的统一低频振荡控制器,并基于VSC的有功功率和无功功率控制分别设计附加控制回路来增加控制器的控制效果。首先采用最小二乘旋转不变（TLS-ESPRIT）辨识方法获得系统小信号模型和振荡特性,然后基于辨识出的模型,利用基于最优控制理论对控制器进行设计,并将最终所设计控制器分别附加于有功控制回路与无功控制回路。PSCAD的仿真结果表明,相比于常规的有功附加控制器,所提统一控制方法能达到更好的控制效果,并能保证鲁棒性。     

基于果蝇优化算法的广域阻尼控制器设计

针对大规模互联电网区间低频振荡问题,提出了基于果蝇优化算法(Fruit Fly Optimization Algorithm,FOA)的广域阻尼控制器设计方法。以标准16机68节点系统为例,对系统进行线性化,并进行模态分析,找出系统区间振荡模式及阻尼比。根据区域低频振荡模式下参与因子选择广域反馈信号。分析了广域控制器结构,并采用FOA算法对其参数进行优化。仿真结果表明,提出的广域控制器方法能有效地提高区间振荡阻尼比,为电力系统低频振荡优化控制提供了新的思路。     

基于广域信息的电力系统阻尼控制器反馈信号选择

广域阻尼控制器（WADC）是抑制电力系统区间低频振荡模式的一种新技术，区别于传统的本地控制器设计，存在大量的不同种类反馈信号之间如何选择的问题。文中提出以WADC单位控制输出量获得最大阻尼为目标，基于线性系统的理论推导得到了用于WADC广域反馈信号选择的主模比指标，并且给出了基于Prony辨识的可用于复杂系统中的主模比计算方法。在2006年南方电网交直流混联系统中，通过特征值分析和时域仿真验证了最大主模比指标的有效性。