基于Hamilton理论的多机系统励磁与UPFC的非线性鲁棒协调控制器设计

针对多机电力系统中参数的不确定扰动对系统稳定控制器影响的问题,利用广义耗散Hamilton理论设计了一种新型多机励磁和统一潮流控制器(UPFC)的非线性协调控制器。首先,建立了包含UPFC动态调节作用的多机电力系统动态方程,构造了系统的Hamilton能量函数,从而将系统表示成广义耗散Hamilton系统形式。其次,利用含参数摄动的L_2干扰抑制控制理论设计了多机励磁和UPFC的非线性协调控制器。此控制器设计过程同样适用于含有参数摄动的其他FACTS装置与多机励磁的协调控制器设计。最后,以四机两区域系统进行了仿真分析,结果表明当系统中存在多种参数摄动时,所设计协调控制器能够保证系统的功角稳定、实现UPFC接入点电压的无差调节并且具有较好的鲁棒性。     

多机系统励磁与UPFC非线性协调控制策略研究

装设有统一潮流控制器(UPFC)的大电网是一个复杂且易受扰动的非线性系统。为此推导出了装设有UPFC装置的多机电力系统数学模型,在此基础上构造了系统的Hamilton能量函数,进而将此系统表示成含参数扰动的Hamilton系统形式。根据边界函数法和干扰抑制控制法得到了考虑转移电导的多机励磁与UPFC的协调控制器。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建四机两区域系统,对比仿真结果表明,所设计的非线性协调控制器具有良好的控制效果和较强的鲁棒性。     

提高送端多直流落点系统暂态稳定性的非线性控制策略

为改善送端多直流落点系统暂态稳定性,提出了一种高压直流输电（HVDC）与发电机励磁协调的非线性控制策略。通过建立送端多直流落点系统非线性微分代数方程模型,将结构保持模型下的能量函数与广义拟Hamilton理论结合,同时兼顾发电机励磁与HVDC控制的协同作用,设计出一种HVDC与发电机励磁的综合控制规律。该方法从能量的角度出发,充分考虑电力系统的强非线性特性,而且得到的控制器结构简单,易于工程实现。仿真结果表明,该控制规律能够有效提高系统阻尼,起到功率支援的作用,改善系统的暂态稳定性。     

多机电力系统发电机自动电压调节器与SVC的协调控制

论文研究了含静止无功补偿器(SVC)的多机电力系统的暂态稳定性。首先将含SVC的多机电力系统转化为微分代数系统的耗散Hamiltonian结构,然后利用Hamiltonian函数方法设计了发电机自动电压调节器和SVC的鲁棒分散协调控制器。通过选择合适的参数,该控制器同时也是L2扰动衰减控制器(AVR)。仿真结果表明,与传统的AVR/PSS励磁控制器和PID SVC控制器及发电机励磁与SVC的反馈线性化协调控制器相比较,本文提出的发电机与SVC L2鲁棒协调控制器能有效提高电力系统的暂态稳定和电压调节性能。     

基于Hamilton能量函数的发电机励磁与TCSC协调控制

发电机励磁与FACTS设备的协调控制是提高电力系统稳定性较为经济和有效的措施之一。基于广义Hamilton理论提出了发电机励磁与可控串补(Thyristor Controlled Series Compensator,TCSC)的协调控制方法。首先构造系统的Hamilton能量函数,将含TCSC的单机无穷大系统(Single Machine Infinite Bus,SMIB)表示为广义耗散Hamilton系统;然后采用能量补偿和阻尼注入的思想设计了发电机励磁和TCSC的协调控制器,物理意义更为清晰;最后     

SSSC与发电机励磁最优协调控制

为提高电力系统阻尼振荡的能力,利用静止同步串联补偿器SSSC(static synchronous series compensator)的串联补偿特性,在单机无穷大系统下建立了带SSSC的修正Phillips-Heffron模型,提出SSSC与发电机励磁最优协调控制策略;将SSSC补偿阻抗作为控制器的控制变量,推导出控制器数学模型。仿真结果表明,与常规线性最优励磁控制相比,所提的控制策略能更有效地抑制电力系统振荡。     

基于Hamilton系统理论的结构保持多机电力系统非线性励磁控制

基于广义Hamilton系统理论,提出了将非线性微分-代数系统表示为广义耗散Hamilton系统的实现方法,并证明可通过适当的控制策略镇定该动态系统.文中应用Hamilton实现方法进行了结构保持多机电力系统的非线性励磁控制器的设计,仿真结果验证了文中所提出方法的正确性和控制策略的有效性.     

同步发电机的非线性鲁棒电压控制

提出了一种同步发电机非线性鲁棒电压控制器设计方法,解决了目前多数非线性励磁控制方法依赖于系统的特定运行点并且难以考虑电压调节精度的局限。针对发电机经变压器接入电力系统的数学模型,将其转换为以机端电压偏差、角速度偏差和有功功率偏差为状态变量的不确定线性系统,进而采用基于LMI的鲁棒控制理论设计出非线性电压控制器。与现有的非线性励磁控制器相比,所提出的电压控制器不依赖于系统的特定运行点,能适应网络参数与运行方式变化,实现机端电压调节功能。控制器对模型干扰有强鲁棒性,无须针对单机无穷大系统和多机电力系统分别设计。此外,控制器无须测量发电机转子角及任何变量的微分与积分。利用PSCAD/EMTDC对某单机无穷大系统及WSCC四机系统分别测试,仿真结果验证了控制器的良好性能。     

SSSC与励磁的非线性变结构协调控制器设计

在非线性控制理论和变结构控制理论的基础上,设计了静止同步串联补偿器与发电机励磁的协调控制器,该控制器考虑了SSSC直流侧电压稳定和输电线路的有功功率,以维持发电机的功角稳定。仿真结果表明：该协调控制器能够有效地控制输电线路的有功功率、并且显著地改善了系统的暂态稳定。     

基于Hamilton能量整形的多机电力系统励磁控制

基于广义Hamilton理论,提出将非线性微分-代数系统表示为一种改进的Hamilton系统的实现方法.通过重构结构矩阵,对所提系统的Hamilton函数进行能量整形,给出了镇定控制器的设计方法.以此为基础,研究了结构保留多机电力系统的Hamilton实现问题,运用能量整形方法,提出了可作为系统Lyapunov函数的Hamilton能量函数,并设计了可镇定该系统的励磁控制器.仿真结果证明了所提方法和控制策略对提高电力系统暂态稳定的有效性.     

多机系统发电机时滞反馈励磁与STATCOM的非线性鲁棒协调控制

广域反馈信号的时滞性使得包含广域信号的电力系统变成时滞动力系统。利用Pade近似逼近时滞环节,将时滞影响隐含在系统动态方程的系数中,静止同步补偿器(STATCOM)的动态特性用一阶微分方程形式的可控无功电流源表示,推导了含多台STATCOM的多机系统的电磁功率表达式。基于伪广义Hamilton系统理论,将包含STATCOM和时滞反馈励磁的多机系统表示成伪广义耗散Hamilton系统形式。利用L2干扰抑制控制方法得到考虑广域信号时滞性及转移电导的发电机励磁和STATCOM的协调控制策略。4机2区域系统的仿真结果表明,与传统的分散控制器相比,所提考虑时滞影响的非线性鲁棒协调控制器能够有效地抑制系统振荡,且具有一定的时滞不敏感性。     

多机系统中励磁与SVC的协调控制

主要研究基于结构保持模型的多机电力系统的暂态稳定性。将连接与阻尼分配?无源控制方法进行从常微分方程到微分代数方程的拓展,求解一类仿射非线性微分代数系统的调节问题。并用所提方法设计多机系统中的发电机励磁与静止无功补偿器的协调控制器,不再拘泥于单机系统的协调控制研究。该方法充分利用整个系统的物理结构,通过引入电气与机械动态之间的耦合项进行能量整形,加强两者之间的联系,保证闭环系统的渐近稳定性。仿真结果说明了协调控制器在阻尼振荡和增强电压稳定性上的有效性。     

一种新的优化协调控制在轻型直流输电中的应用

轻型直流输电是一种新型的直流传输技术，采用电压源型(VSC)换流站以及PWM控制技术。建立了轻型直流输电系统模型，提出一种在发电机励磁和轻型直流输电之间优化协调控制方法，用于改善系统暂态稳定和抑制系统故障后振荡。作为算例，该协调控制方法被用于含有轻型直流输电的多机系统，并将该优化协调控制与发电机励磁、轻型直流输电系统相互独立的控制做一比较，仿真结果表明，在系统大小扰动下，该控制能够给系统提供更好的阻尼特性。     

MICROPROCESSOR BASED NONLINEAR EXCITATION CONTROLLER FOR SYNCHRONOUS MACHINES

ABSTRACT

The synchronous machines in power systems have the excitation systems of field winding to improve the transient stability of power systems. The synchronous machines are nonlinear systems, however, the excitation systems have been designed based on linearized systems, because the stability analysis of nonlinear systems is difficult and the generalized control method of nonlinear systems has not been developed yet.

This paper proposes a nonlinear excitation controller for synchronous machines in power systems. For the sake of simplification of the nonlinear state feedback control, this paper considers both the transient stability and the suppression of the rotor swings in transient conditions. The effect of the automatic voltage regulator (AVR) for the synchronous generator is not discussed here. This controller is designed based on Lyapunov's direct method that can directly judge the stability of nonlinear systems. The usefulness and validity of the proposed excitation controller are confirmed by numerical simulations and experiments. The microprocessor based generator excitation system that consists of a nonlinear controller, state variable detector, and PWM inverter, is constructed. The nonlinear excitation controller can improve the transient stability of synchronous machines.     

利用SSSC阻尼电力系统低频振荡

提出了一种改进的装有静止同步串联补偿器(SSSC)的单机、多机系统Phillips-Heffron模型,并由此得出了SSSC在单机、多机系统中能够抑制低频振荡的理论依据.通过重新构建控制量的方法,得到了装有SSSC的单机系统仿射非线性方程,进而应用非线性变换与非线性反馈理论求解SSSC的非线性控制策略.结合最优控制理论,得到了单机系统SSSC非线性最优控制策略,并将其应用于提高系统阻尼.基于实时数字仿真(RTDS)的仿真结果,证实所做理论分析的正确性以及所提出的非线性控制策略的有效性.     

基于观测解耦状态空间的多机励磁非线性分散最优控制策略

为进一步改善多机系统的暂态稳定性,结合直接反馈线性化原理和最优控制理论推导出多机系统中励磁的分散控制规律。该控制策略是根据多机电力系统观测解耦状态空间得出,只需要当地信号实施控制,驱动子系统到达局部平衡点,就能使全系统达到稳定。仿真结果表明,该控制规律能够较好地提高多机电力系统的暂态稳定性。     

TCSC与水轮发电机励磁和水门的多指标非线性协调控制

采用多指标非线性控制设计方法，对TCSC与水轮发电机的励磁和水门进行了协调控制设计。设计过程表明：多指标非线性设计方法能较好地解决多输入多输出高阶非线性控制系统的设计问题，并且对于具有非最小相位环节的水轮发电机非线性控制系统也能有效地解决其设计问题。文中所设计的多指标非线性协调控制律能有效地协调系统各状态量的动、静态性能，既提高了系统的稳定运行能力，改善了系统各状态量的动态响应特性，又能很好地保证机端电压、有功输出和TCSC阻抗这些反应系统输出特性状态量的控制精度。仿真结果表明：TCSC与发电机进行协调控制，有利于提高系统的稳定运行能力，因此，在一次系统电气特性允许的情况下，应考虑将TCSC的安装地点尽量选择在靠近发电厂一侧，以便实施TCSC与发电机的协调控制。     

多机电力系统变结构励磁控制器的设计研究

基于多机电力系统的非线性模型,利用状态反馈精确线性化方法和变结构控制理论,提出了一种新的电力系统变结构励磁控制器设计方法。在设计中取消了参考机,并实现了多机系统的分散控制。3机系统的仿真结果表明,提出的变结构励磁控制器可以有效地改善系统在大干扰下的暂态稳定性。     

Time delay approach for PSS and SSSC based coordinated controller design using hybrid PSO–GSA algorithm

In this work we present a novel approach in order to improve the power system stability, by designing a coordinated structure composed of a power system stabilizer and static synchronous series compensator (SSSC)-based damping controller. In the design approach various time delays and signal transmission delays owing to sensors are included. This is a coordinated design problem which is treated as an optimization problem. A new hybrid particle swarm optimization and gravitational search algorithm (hPSO–GSA) algorithm is used in order to find the controller parameters. The performance of single-machine infinite-bus power system as well as the multi-machine power systems are evaluated by applying the proposed hPSO–GSA based controllers (PSS and damping controller). Various results are shown here with different loading condition and system configuration over a wide range which will prove the robustness and effectiveness of the above design approach. From the results it can be observed that, the proposed hPSO–GSA based controller provides superior damping to the power system oscillation on a wide range of disturbances. Again from the simulation based results it can be concluded that, for a multi-machine power system, the modal oscillation which is very dangerous can be easily damped out with the above proposed approach.