STATCOM与发电机励磁和汽轮机调门非线性协调滑模控制研究

基于单机无穷大系统,建立了静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的数学模型,设计了变结构协调控制器.采用直接反馈对系统进行全局线性化,运用变结构控制方法,设计了STATCOM无功电流与发电机励磁、汽轮机调门的非线性滑模协调控制器,可以同时满足发电机励磁、汽机调门与STATCOM装设处电压稳定要求.对单机一无穷大系统进行了数字仿真,结果表明控制器能有效改善系统稳定性.     

基于T型连接变压器的异步发电机稳压稳频控制

独立自励异步发电机的机端电压和频率会随着负载变化出现较大波动,为了稳定电压、频率以及改善发电机的电能质量,设计了基于T型连接变压器的异步发电机稳压稳频控制器。该控制器可直接将三相瞬时交流信号变换到dq坐标系再进行有功和无功的解耦,然后通过闭环反馈控制STATCOM对系统进行功率补偿。仿真结果表明:稳压稳频控制器通过控制STATCOM能有效地稳定机端电压和频率,提高了发电机的带载能力;T型连接变压器能平衡三相电压以及抑制谐波,适用于负载不平衡的供电系统。     

STATCOM与发电机励磁非线性控制器设计

提出了一种有利于进行控制设计的STATCOM模型.采用直接反馈线性化、零动态原理,设计了STATCOM无功电流与发电机励磁非线性控制器,该控制可以同时满足发电机励磁与STATCOM装设处电压的稳定性.对单机-无穷大系统进行了数字仿真,结果表明该控制器具有很好的实用效果和优越性.     

ASVG与发电机励磁的多指标非线性协调控制

建立了先进静止无功发生器(ASVG)与发电机励磁的五阶非线性状态空间数学模型,并采用多指标非线性控制(MNC)方法,设计该系统的协调控制器。最后仿真表明:该控制器既能有效地消除机械功率扰动下的机端电压偏差,又能使转速和电磁功率准确地追踪其给定值,保证电力系统的电能质量,还能适当地使功角增大,从而提高电力系统的稳定性。与线性最优控制(LOC)方法相比,MNC方法能更好地兼顾各状态的动、静态性能。     

采用输出反馈方式的电力系统非线性励磁控制

现有的电力系统非线性励磁控制器多基于状态反馈设计,需要测量同步发电机的转子角和部分变量的微分,并且控制器以发电机相对转子角驱至参考值为控制目标,在系统的网络参数或运行方式变化时无法维持机端电压恒定。采用输出反馈的方式提出一种新的非线性励磁控制器设计方法。分别针对单机无穷大系统及多机系统,对系统的非线性数学模型提出了新的变换方法,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,进而应用一种基于线性矩阵不等式（linear matrix inequality,LMI）的鲁棒控制理论设计出控制器。该控制器不需要测量发电机转子角及任何变量的微分,不依赖于电力系统某个特定运行点,能适应系统网络参数与运行方式变化,较好地抑制扰动并实现机端电压调节功能。仿真结果验证了所得结论。     

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。     

基于根轨迹法的链式STATCOM比例谐振电流控制器设计

链式静止同步补偿器(STATCOM)及其分相电流控制策略是解决系统和负载不平衡问题的常用方法.文中在分析链式STATCOM数学模型的基础上,提出采用比例谐振控制器来对分相电流进行跟踪控制,并给出应用闭环系统根轨迹来选择控制器参数的设计方法,该设计方法可以使得电流内环闭环系统不仅满足稳定性要求,同时具有良好的动态性能.最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了基于根轨迹法的比例谐振控制器参数设计的正确性和电流内环采用PR控制的优越性.     

同步发电机的新型励磁系统

为提高电力系统的暂态稳定性,提出一种基于全控器件的新型励磁系统.该励磁系统能通过直流励磁和与机端交换无功的双通道为系统提供阻尼,起到STATCOM和常规励磁的效果.通过PSASP环境下多机系统的仿真研究,表明新型励磁系统能够迅速阻尼功率振荡,维持良好的机端电压特性,较常规自并励励磁系统表现出更好的动态性能.     

同步发电机非线性协同励磁控制器设计

针对同步发电机的非线性和运行状态的多变性,为提高其机端电压的可调性同时保证系统的稳定性,基于协同控制理论设计了一种同步发电机非线性励磁控制器。在同步发电机数学模型的基础上以转子角速度、有功功率和机端电压偏差的线性组合构成流形,得到了非线性协同励磁控制器的控制律。基于DSP设计了一种同步发电机励磁控制系统,详细介绍了系统的硬件结构和软件设计方法。以4机2区域系统为例进行了仿真实验。仿真结果表明:所述非线性协同励磁控制器不但可以维持机端电压恒定,而且可保证功角稳定,具有较强的鲁棒性,有助于提高电力系统的稳定性。该控制器能够兼顾机端电压调节和稳定控制,在很大程度上提高了系统励磁控制器性能。     

基于最优变目标策略的励磁系统与SVC协调控制

发电机励磁系统以及静止无功补偿器(SVC)对远距离输电系统的稳定性有很大影响。文章基于单机无穷大系统的非线性模型,建立了包括状态变量发电机机端电压在内的状态空间方程,提出了一种最优变目标控制(OVAC)策略,根据励磁系统和SVC不同的控制目标分别采用不同的控制策略,从而协调控制这两种控制器。仿真结果表明,该策略能够有效提高故障时发电机的无功出力,并能提高系统阻尼,抑制振荡,同时改善系统的功角和电压稳定性。     

同步发电机励磁与STATCOM非线性协调控制

提出同步发电机励磁与静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)非线性协调控制方案。在研究同步发电机励磁与静止同步补偿器协调控制问题的基础上,以系统重要物理量建立多目标控制方程,并运用目标全息反馈法进行非线性协调控制设计。所提出的非线性控制方案充分考虑了同步发电机端电压、有功功率和角速度以及STATCOM接入点电压,并确保它们在非线性反馈中得到惩罚与控制,从而具有良好的动、静态性能。最后,建立系统仿真模型,进一步验证所提出方法的有效性。     

Firefly Optimization Algorithm for the Reactive Power Control of an Isolated Wind-Diesel System

This paper investigates the application of firefly optimization algorithm to design an optimal control for voltage stability of a stand-alone hybrid renewable generation unit based on reactive power control. The studied renewable generation unit mainly consists of a permanent magnet induction generator driven by wind turbine and a synchronous generator driven by diesel engine. A STATCOM is used to stabilize the terminal load bus voltage via compensating of reactive power. The main control objective aims to stabilize the terminal load voltage against any disturbances in load reactive power and/or input wind power by adjusting the total system reactive power. This is accomplished by controlling STATCOM phase angle and hence to control the load bus voltage and also by controlling the excitation voltage of the synchronous generator. The proposed renewable energy power system based on the proposed optimal controller has been tested through step change in input wind power and load reactive power. The system performance based on the proposed control is compared with model predictive control, a robust H_∞ control, and a classical PI control.     

基于超级电容器储能的STATCOM对直驱风力机并网性能改善的研究

本文主要研究了采用基于超级电容器的静态同步补偿器(STATCOM)的永磁(PMSG)直驱变速风力机控制策略。基于Matlab/Simpower实现对风力发电机侧整流器最大功率提取、电网侧逆变器和STATCOM的控制策略,采用不同容量超级电容器储能的STATCOM系统在电网出现故障或者受到干扰时提升风力发电系统稳定状态和动态性能。大量仿真结果表明:与传统的STATCOM相比,采用基于超级电容器的STATCOM能有效改善并网过程中出现的电压闪变及波动,减小频率的波动,并能对故障期间的电流进行有效控制,从而较为显著地改善了直驱风力发电系统的有功、无功功率,提升了风电并网系统故障穿越能力和动态性能。     

基于Crowbar保护的双馈风力发电机低电压控制策略研究

针对双馈风力发电机在电压大幅骤降时投入Crowbar电路后引起直流侧过电压和动态无功补偿的问题,基于反馈线性化理论,提出了对网侧变频器进行非线性控制策略。通过协调控制STATCOM对电网进行动态无功补偿。仿真表明:网侧非线性控制器在电压骤降过程中能很好地抑制直流侧过电压;通过引入STATCOM补偿装置,很好地满足系统无功需求,证实了所提出控制策略的正确性,提高了系统的低电压穿越能力。     

Optimal controllers designs for automatic reactive power control in an isolated wind-diesel hybrid power system

The paper presents the bacterial foraging optimization algorithm (BFOA) and particle swarm optimization (PSO) algorithm based robust controllers for voltage deviations due to the variation of reactive power in an isolated wind-diesel hybrid power system. The isolated wind-diesel system consists of wind energy conversion system (WECS) utilizing a permanent magnet induction generator (PMIG). Further, a synchronous generator (SG) is used with the diesel engine set for power generation. The mismatch between generated and consumed reactive power in the system causes voltage fluctuations, which will occur at generator terminals. These oscillations further causes reduction in the stability and quality of the power supply. The static synchronous compensator (STATCOM) and an automatic voltage regulator (AVR) are used to suppress voltage fluctuations in an isolated wind-diesel hybrid power system. The STATCOM is used as a reactive power compensator and the AVR is used to keep the terminal voltage constant for the synchronous generator. Both STATCOM and AVR are having proportional and integral (PI) controllers with single input. In modeling for the system, a normalized co-prime factorization is applied to show the possible unstructured uncertainties in the power system such as variation of system parameters and generating and loading conditions. The performance and robust stability conditions of the control system are formulated as the optimization problem, which is based on the Hα loop shaping. BFOA and PSO algorithms are implemented to solve this optimization problem and to achieve PI control parameters of STATCOM and AVR simultaneously. In order to show the efficiency of the proposed controllers, the performance of the proposed controllers is compared with the performance of the conventional controller and genetic algorithm (GA) based PI controllers for the same wind-diesel system. The dynamic responses of the system for four different small-disturbance case studies has been carried out in MATLAB environment.     

静止无功发生器与晶闸管投切电容器协同运行混合无功补偿系统

提出一种低成本混合型无功补偿系统(hybrid var compensator,HVC),它由一台较小容量的静止无功发生器(static synchronous compensator,STATCOM)和较大容量的多组晶闸管投切电容器(thyristor switched capacitor,TSC)构成,其中STATCOM用以实现快速连续无功调节,TSC实现无功的大容量分级调节,二者协同工作使HVC系统兼具STATCOM快速连续无功补偿及TSC低成本大容量无功补偿的优势,实现低成本大容量的无功连续补偿。在分析HVC基本工作原理的基础上,提出基于专家决策的HVC协调控制方法,实现离散子系统TSC和连续子系统STATCOM的协调控制,确保HVC能进行快速大容量的无功补偿,针对传统的STATCOM串级电压控制器中调节器多、控制器参数难以设计的缺点,提出基于瞬时功率平衡的电压控制策略,以降低STATCOM控制复杂度,提高可靠性,使系统更易于实现。仿真及现场应用结果证明HVC能够实现无级连续无功补偿,并且成本低,在满足高电耗企业节能降耗需求的基础上,为应用单位减少了投资。     

全功率变流器永磁直驱风电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量的不断上升,风电系统在电网故障情况下的运行变得尤为重要,电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行。针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统,提出一种在电网电压瞬间跌落情况下不脱网运行的方法。电网发生电压瞬间跌落时,网侧变流器运行在静止无功补偿（STATCOM）模式,依据电网电压跌落的深度决定发出无功电流的大小,通过快速提供无功电流来稳定电网电压,实现直驱型风电系统的低电压穿越功能。仿真和实验结果表明电网电压故障时使直驱风电系统运行在STATCOM模式可以有效提高低电压穿越能力。     

基于规则的STATCOM的控制器设计

了ＳＴＡＴ驿发电机同步及阻尼力矩系数的影响,指出并解释了在某些系统参数及运行条件下固定控制参数的ＳＴＡＴＣＯＭ可能向系统提供零阻尼或负阻尼的现象,分析了ＳＴＡＴＣＯＭ电压控制与阻尼控制之间的矛盾。在理论分析的基础上,了基于规则的协调控制器,数字仿真结果表明该控制方法可在所有的运行条件下有效地提高系统稳定性。这是固定参数控制所无法做到的。     

基于空间矢量双滞环策略的STATCOM直接电流控制方法

提出一种适用于STATCOM的直接电流控制新方法以减小开关频率和电流跟踪误差。该方法通过指令电流求导矩阵替代参考电压预测方法，能够准确判定参考电压矢量的位置，并根据误差电流矢量与双滞环阈值的大小选择优化的开关状态输出。与其它电流控制方法相比，基于空间矢量双滞环策略的直接电流控制方法可以保证无功电流的快速响应性能，同时有效降低开关频率。仿真与实验结果证明其良好的动静态性能。