模糊励磁控制器的研制

设计和实现了一种极坐标型的模糊励磁控制器。该控制器含有一个电压模块，实现自动电压调节器AVR(Automatic Voltage Regulator)的功能；一个阻尼模块，实现电力系统稳定器PSS(Power System Stabilizer)的功能。两者采用相似的极坐标控制规律，共同实现励磁控制。通过仿真和试验优化了模糊励磁控制器的参数。在动模机组系统上进行了电压模块试验；在ABB的同步发电机数字仿真器系统上进行了阻尼模块试验；在10MW机组上进行了电压模块的现场试验。试验结果表明该模糊励磁控制器具有优良的电压调节性能，能明显提高电力系统的稳定性，抑制电力系统低频报荡，对发电机运行工况及系统网络结构变化具有较好的鲁棒性。该控制器还具有物理概念清晰、结构简单、参数整定和调试方便等特点，易于工程技术人员掌握。     

基于线性最优控制理论的励磁系统的设计及仿真

基于单机无穷大系统的线性化模型,结合线性最优控制理论建立了最优励磁控制器用的系统状态方程,求出线性最优励磁控制电力系统稳定器,用Matlab仿真软件在单机无穷大系统两种不同的运行状态下进行仿真,结果表明最优励磁控制具备了良好的电压性能,且给出了比AVR＋PSS更强的阻尼,表现出良好的动态特性。     

Coordinated fuzzy logic control between SVC and PSS to enhance stability of power systems

This paper presents a new switching control scheme for static var compensator (SVC) using fuzzy logic control rules to enhance the overall stability of electric power systems. In addition, the coordination with power system stabilizers (PSS) is also considered to achieve a wider stable region. An SVC is set on one of the busbars in the transmission system, where the real power flow signal is utilized at the location of the SVC to determine the firing angle of the thyristor switch. The switching control scheme is simple so as not to require heavy computation on the microcomputer based switching controller. The PSSs are also set on the generators in the study system. Simulation results show the effectiveness of the proposed fuzzy logic switching control scheme for the SVC. The coordination between SVC and PSS is also effective to enlarge the stable region.     

采用协同控制理论的同步发电机非线性励磁控制

提出了一种基于协同控制理论的非线性励磁控制器。首先依据同步发电机励磁控制的基本要求和特点,选择机端电压、有功功率和转子角速度三个变量的偏差的线性组合构成流形,以保证有效控制机端电压和抑制系统功率振荡。然后以同步发电机非线性模型为对象,推导出了非线性协同励磁控制器（Synergetic excitation controller,SEC）的控制律,并根据电力系统的运行特性,探讨了控制器参数的选取原则。最后,单机无穷大系统仿真结果表明,无论在大扰动还是在小扰动下,所提非线性协同励磁控制器比常规的AVR+PSS方式下的励磁控制器都能更快更精确地调节机端电压,还能够有效地抑制系统的功率振荡。     

基于反推方法的滑模自适应励磁控制

针对电力系统参数摄动和外界干扰等因素对励磁系统的影响,经过对传统模型状态变量的变换,建立了励磁控制系统模型,设计了基于backstepping方法的模糊滑模励磁控制器。该方法通过逐步构造Lyapunov函数和设计切换函数,从而得到了最终的控制规律。最后对所设计的算法进行了仿真研究,与常规PID+PSS控制方法相比,系统在动静态响应性能上均优于PID+PSS控制。通过仿真表明这种控制方法不仅有效而且还能达到比较满意的控制效果。     

基于广域测量的双模糊励磁控制

设计了一种基于广域测量的双模糊励磁控制器,其主模糊控制器采用发电机端电压和参考电压的偏差及其变化率作为输入,辅模糊控制器采用发电机角频率与惯性中心角频率的偏差及其变化率作为输入,从而使励磁控制器可以反映全局信息。基于Matlab的电力系统工具箱和模糊逻辑工具箱,对4机系统进行了数字仿真,其中励磁调节器采用的控制方法分别为PID、PID PSS和双模糊控制。仿真结果证明与常规的励磁控制方法相比,所提出的基于广域测量的双模糊励磁控制方法可以加强系统承受大扰动的能力,进一步提高系统的暂态稳定性。     

基于智能控制理论的汽轮发电机组的协调控制

以模糊变结构理论为基础,把汽门控制,制动电阻控制及附加励磁控制很好地协调起来。在发生短路故障后的第一摇摆过程中,加入制动电阻控制来辅助模糊变结构汽门控制及励磁控制,可以有效地抑制第一摇摆的幅值,在以后的振荡过程中,只依靠模糊汽门控制及模糊附加励磁控制来控制系统;     

基于模糊评估的同步发电机混合励磁控制策略研究

本文将模糊集理论用于对电力系统稳定水平的评估中,在电力系统处于不同状态时,根据评估的结果选择非线性最优控制或者PID PSS控制,即采用与此状态相适应的励磁控制规律。仿真结果表明:本文提出的混合励磁控制策略能够将PID PSS励磁控制和非线性最优励磁控制各自的优点相结合,从而使励磁控制在实现励磁基本控制功能的同时,具有更强的提高电力系统功角稳定的能力。     

基于滑模控制的模糊电力系统稳定器

为改善模糊电力系统稳定器(FPSS)的动态性能,提出了基于滑模控制的FPSS的控制策略.在该控制策略中,电力系统稳定器(PSS)由主控制器、自组织控制器和滑模控制器三部分构成,其中,主控制器用于产生PSS的基本输出信号;自组织控制器可根据滑模控制器输出的优化条件对主控制器进行优化设计.还提出了采用滑模控制器代替传统的线性控制器来输出优化条件.理论分析和仿真结果表明,文中FPSS的动态性能优于常规的模糊稳定器.     

Reaching phase free adaptive fuzzy synergetic power system stabilizer

In this paper, an adaptive fuzzy power system stabilizer is developed based on robust synergetic control theory and terminal attractor techniques. The main contribution consists in making the dynamic system insensitive to parameters variation. This aim is achieved using a new synergetic controller design such that power system states start, evolve and remain on a designer chosen attractor toward the equilibrium point therefore avoiding transient mode. Rendering the design more robust, fuzzy logic systems are used to approximate the unknown power system dynamic functions without calling upon usual model linearization and simplifications. Based on an indirect adaptive scheme and Lyapunov theory, adaptation laws are developed to make the controller handle parameters variations due to the different operating conditions occurring on the power system and to guarantee stability. The performance of the proposed stabilizer is evaluated for a single machine infinite bus system and for a multi machine power system under different type of disturbances. Simulation results show the effectiveness and robustness of the proposed stabilizer in damping power system oscillations under various disturbances and better overall performance than classical PSS and some other types of power stabilizers.     

基于广域测量信息的互联电网模型预测阻尼控制

提出一种基于模型预测控制的新型阻尼控制器设计方法。为抑制区间低频振荡,该控制器由2级PSS构成,其输入信号由广域测量信号和本地测量信号组成。采用留数矩阵法选择广域控制回路,通过模式辨识进行2级PSS控制。将常规励磁系统中传统的自动电压调节器(automatic voltage regulator,AVR)用模型预测控制器(model predictive controller,MPC)替代,并与2级PSS协调作用,通过模型预测和优化求解,得到励磁控制器的最优控制输入,以实现电压调节和增强阻尼之间的动态协调。典型的四机两区系统仿真结果表明,基于模型预测控制的2级PSS设计的控制效果明显优于传统的阻尼控制,可以快速调节机端电压,显著改善互联电网阻尼。     

Integrated PLC-fuzzy PID Simulink implemented AVR system

Improving the transient response of power generation systems using automation control in a precise manner is the key issue. We design a fuzzy proportional integral derivative (PID) controller using Matlab and programmable logic controllers (PLCs) for a set point voltage control problem in the automatic voltage regulator (AVR) system. The controller objective is to maintain the terminal voltage all the time under any loads and operational conditions by attaining to the desired range via the regulation of the generator exciter voltage. The main voltage control system uses PLCs to implement the AVR action. The proposed fuzzy controller combines the genetic algorithm (GA), radial-basis function network (RBF-NN) identification and fuzzy logic control to determine the optimal PID controller parameters in AVR system. The RBF tuning for various operating conditions is further employed to develop the rule base of the Sugeno fuzzy system. The fuzzy PID controller (GNFPID) is further designed to transfer in PLCs (STEP 75.5) for implementing the AVR system with improved system response. An inherent interaction between two generator terminal voltage control and excitation current is revealed. The GNFPID controller configures the control signal based on interaction and there by reduces the voltage error and the oscillation in the terminal voltage control process. We achieve an excellent voltage control performance by testing the proposed fuzzy PID controller on a practical AVR system in synchronous generator for improve the transient response.     

基于输入对状态反馈线性化的非线性励磁控制

将输入对状态反馈线性化的思想应用于发电机励磁控制系统,得出了一套实用的发电机非线性励磁控制规律,应用此方法和采用状态反馈精确线性化的方法推导出的非线性控制规律具有一致性,且比基于微分几何理论的状态反馈精确线性化方法更加简单实用。仿真证明该文提出的非线性励磁控制器在系统发生大扰动时比常规的AVR+PSS更能抑制系统的振荡,对增强系统稳定性具有一定作用。     

基于模糊控制的多机系统暂态稳定分析

电力系统暂态稳定性的研究,对保证电网的安全与稳定具有重要的意义。文中提出了一种基于模糊控制的多机系统暂态稳定分析方法,该方法将模糊控制和电力系统稳定性理论有机的结合在一起,以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础,将发电机励磁系统的控制策略转化为模糊规则的形式,从而实现对多机系统的模糊控制。通过Matlab软件对三机系统进行数值仿真表明,与独立设计的AVR/PSS励磁控制器相比,以△ω、△ω为输入变量的模糊控制能更加有效的提高系统的暂态稳定性能,系统在不同的故障情况下具备较强的鲁棒性。     

Design of a nonlinear power system stabilizer using synergetic control theory

Electromechanical oscillations of small magnitude and low frequency exist in the interconnected power system and often persist for long periods of time. Power system stabilizers (PSSs) are traditionally used to provide damping torque for the synchronous generators to suppress the oscillations by generating supplementary control signals for the generator excitation system. Numerous techniques have previously been proposed to design PSSs but many of them are synthesized based on a linearized model. This paper presents a nonlinear power system stabilizer based on synergetic control theory. Synergetic synthesis of the PSS is based fully on a simplified nonlinear model of the power system. The dynamic characteristics of the proposed PSS are studied in a typical single-machine infinite-bus power system and compared with the cases with a conventional PSS and without a PSS. Simulation results show the proposed PSS is robust for such nonlinear dynamic system and achieves better performance than the conventional PSS in damping oscillations.     

基于在线频率响应分析的发电机电力系统稳定器(PSS)参数整定试验

用在线频率响应分析方法对徐州华润发电厂300MW发电机励磁系统的电力系统稳定器(PSS)参数进行了优化.根据无PSS时的励磁系统频率响应特性试验结果对PSS的参数进行了整定,并对整定后的系统进行了负载阶跃和反调试验.试验结果表明,整定后的PSS参数有很强的适应性,对0.1～2.0Hz的低频振荡有很好的抑制作用,具有较好的阻尼效果,而且将仿真与现场试验相结合的频率响应特性分析方法的物理概念清晰,是设置和优化微机励磁调节器参数的一种有效方法.     

基于遗传算法的发电机模糊式综合励磁控制器的研究

本文在分析了模糊控制器工作原理及其传统设计方法的基础上,提出了一种模糊控制器的自寻优设计方案,成功地解决了在模糊控制器的传统设计方法中存在的过分依赖于设计者预先选用的启发式知识及操作者的经验等问题,并采用遗传算法（ＧＡ）实现了这一方案。用新方法设计的发电机模糊式综合励磁控制器兼顾了对发电机端电压和功角稳定的要求。仿真结果表明,新方法设计的控制器具有良好的控制效果,而且设计过程更加合理。因为这种设计     

励磁系统的辅助阻尼控制研究

利用鲁棒控制理论并结合广域测量技术，采用集中或分散控制策略进行励磁系统的辅助阻尼控制器设计。当远端信号实时可测时同时利用远端和局部信号作为反馈输入；反之只利用局部反馈信息。利用参与相量和留数进行控制器的定位及远端信号的选取之后，采用具有极点配置约束的频域整形方法进行控制器鲁棒综合，并选取线性矩阵不等式(linear matrix inequalities，LMI)解法进行数值求解。4机电力系统的仿真结果验证了设计的控制器的有效性和鲁棒性。     

基于模糊控制的多机系统中励磁与SVC协调控制

发电机励磁系统与SVC对远距离输电系统的暂态稳定性有很大的影响。文中采用模糊控制的思想,对发电机励磁和静止无功发生器SVC同时进行协调控制和调节。该方法是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础,将发电机励磁与SVC的协调控制策略转化为模糊规则的形式,从而实现了对多机系统的模糊控制。通过Matlab软件对三机系统进行数值仿真表明,与常规的AVR/PSS励磁控制器和PIDSVC控制器相比,以Δω、Δω为输入变量的模糊控制能更加有效的提高系统的暂态稳定性能,同时也说明了协调控制在阻尼振荡和增强电压稳定性上的有效性。     

New approach to power system stabilizer design

A generalized method for the design of excitation control or a power system stabilizer (PSS) based on complex frequency is described. The method selects PSS parameters such that exact assignment of eigenvalues associated with the mechanical modes of oscillation to desired locations is achieved. Numerical examples are used to illustrate the concepts of the proposed new technique.