基于Pade近似的广域电力系统关键模态时滞轨迹分析

采用广域阻尼控制可有效地提高大型互联系统的动态性能,但广域信号传输带来的时滞对广域电力系统关键模态产生显著影响,从而改变闭环系统稳定性,因此关键模态时滞变化轨迹分析对于广域阻尼控制设计具有重要理论意义。首先采用Pade近似方法将时滞环节转化为状态空间表达式,从而建立考虑时滞环节的电力系统线性化模型;之后建立时滞对电力系统机电模态的影响关系模型;采用Arnoldi特征值计算方法研究时滞对区间振荡模态、局部振荡模态和时滞相关模态的影响规律。以四机两区域系统和New England系统为测试系统,仿真结果表明该方法能够较准确地求解上述模态随时滞变化趋势,从而验证了该方法的有效性。     

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...     

计及广域信号多时滞影响的电力系统附加鲁棒阻尼控制

针对基于广域测量系统的多时滞电力系统低频振荡阻尼控制的研究不足以作为主要控制方法之一的鲁棒控制方法求解参数步骤复杂的缺陷,提出一种可直接求解控制参数的多时滞广域电力系统阻尼控制器的设计方法。利用Lyapunov-Krasovskii泛函理论推导出的多时滞系统稳定判据,将控制镇定问题转化为线性矩阵不等式的可行性问题,直接求解控制参数,避免了传统方法中利用智能算法迭代求解参数的不便。4机2区域系统的时域仿真结果表明,所提出的多时滞阻尼控制方案能有效抑制区间模式的低频振荡,提高电力系统的稳定性。     

考虑时滞影响的电力系统广域集中励磁控制

针对电力系统区间低频振荡问题,构建了广域集中励磁控制(wide-area centralized excitation control,WCEC)框架。在充分考虑时滞影响的前提下,根据时滞输出反馈鲁棒控制理论设计了WCEC。广域测量系统实时测量反映区间低频振荡的状态变量,并将其传送至WCEC进行计算分析,WCEC把全局控制信号传送给相关机组的励磁系统,以此阻尼电力系统区间低频振荡。4机2区域电力系统的频域分析和时域仿真表明,WCEC在较宽的时滞区间内提高了系统的阻尼值,能够快速有效地抑制区间低频振荡,并且具有对运行状况的鲁棒性和对时滞类型的不敏感性。     

广域电力系统中时滞控制信号的选择

针对广域电力系统时滞控制问题,提出通过选择合适的时滞控制信号可以简化控制设计过程,避免论证/采用复杂的时滞控制理论.提出一种简单有效的时滞敏感程度指标(TDSI)评估控制信号对时滞的容忍程度,论述了在实际电力系统中的计算方法.采用新英格兰测试系统进行了常见扰动方式、候选信号的TDSI评估、有/无控制器的系统动态响应仿真,结果表明:采用TDSI值较小的广域信号作为输出反馈信号,根据常规无时滞控制理论设计的控制器在快速有效抑制低频振荡的前提下,具有较好的抗时滞性能.     

基于多目标优化的时滞广域阻尼控制器设计

提出一种考虑区间模式和本地模式协调的时滞广域阻尼控制器设计新方法。首先,根据能控能观指标找出最佳反馈信号和输出控制量。然后,计算超前滞后补偿的时间常数,并构建区间和本地模式协调优化的多目标函数,应用"教与学"优化算法确定最优增益序列。最后,应用均衡降阶算法对系统进行降阶,基于线性矩阵不等式(LMI)理论分析最优增益序列,选出对时滞鲁棒性最好的值。新英格兰测试系统的仿真结果表明,提出的基于多目标优化的时滞广域阻尼控制器设计方法,在很好地抑制了区间振荡模式的同时,保证本地振荡模式不被恶化,并且对时滞具有很好的鲁棒性。     

广域电力系统稳定器阻尼控制系统综述及工程应用展望

广域电力系统稳定器(PSS)阻尼控制是抑制电力系统区间低频振荡最直接有效的方法。文中综述了国内外的相关研究成果,针对广域PSS控制系统的各个环节进行了深入探讨,包括系统分析建模、反馈信号和控制点的选择、时滞及其稳定性分析、控制器设计等。文中指出非线性分析及建模,尤其是基于量测的Prony分析法更适用于复杂的电力系统;在广域反馈信号选择方面,主模比指标法较为合理,但在工程应用中还要依据实际情况考虑;特征根法及其优化算法可以快速对复杂电力系统的时滞稳定域进行求解,在时滞处理方面,时滞补偿法较时滞不敏感鲁棒控制更易实现且效果较佳;此外,在线自适应参数控制由于可以适应和跟踪系统的变化,较离线设计效果更佳。针对复杂电力系统的广域PSS研究中所面临的研究课题进行了展望,并指出了未来广域PSS工程应用中面临的一些问题,如算法实时性、系统投切时机选择、防误逻辑等。     

基于参量Lyapunov理论的广域时滞阻尼控制器设计

针对联络线可能存在的功率低频振荡,采用广域测量数据并选择合适的反馈信号实现快速的广域时滞阻尼控制。在建立的电力系统线性化模型中考虑广域测量信号时滞,并基于参量Lyapunov理论设计得到了一种新型的广域时滞阻尼控制器,控制器控制律和参数值可以通过参量Lyapunov方程直接得到。基于4机2区仿真模型建立了互联电力系统研究模型,时域仿真表明,所提的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼互联系统区间振荡。     

基于LMI的时滞电力系统双层广域阻尼控制

针对时滞电力系统提出一种新型建模方法,并且对其进行了广域附加区间阻尼控制的双层控制设计。直接采用时滞系统控制理论克服广域信号的时滞对闭环电力系统稳定性的不良影响。第一层控制,对无时滞电力系统施加计及时滞的输出反馈控制,形成时滞闭环系统。第二层控制,利用时滞系统的控制理论,采用线性矩阵不等式方法,求解状态反馈矩阵和观测器增益矩阵,进行反馈控制。10机39节点算例测试系统上的仿真结果表明,基于该方法设计的附加区间阻尼控制器,具有一定的时滞不敏感性,鲁棒性强,能够较好地抑制区间振荡。该方法为关于时滞系统的控制理论在广域附加区间阻尼控制中的直接应用搭建了平台,提供了可行性。     

基于模糊控制的广域阻尼控制器设计

针对互联电力系统低频振荡问题,提出了一种用广域反馈信号作为附加稳定信号的励磁控制器的设计方法。广域信号传输存在的通信时滞用模糊控制方法进行补偿。描述了确定模糊推理规则的方法,首先分析模糊逻辑控制器的输入量和理想输出量,根据输入量和输出量之间的关系确定模糊论域、隶属度函数和模糊推理规则,从而建立模糊逻辑控制器。用Matlab/Simulink软件对4机2区域系统进行仿真,测试模糊广域阻尼控制器性能。仿真结果表明,所设计的控制器能补偿通信过程中存在的较大时滞,增加互联电力系统阻尼。仿真结果验证了模糊控制具有较好的鲁棒性和适应性。     

含风电的互联电力系统时滞相关稳定性分析与鲁棒阻尼控制

针对大区电网互联和风电接入互联电力系统后面临不同区域电网间的低频振荡问题,提出一种利用广域测量信号来增强互联电力系统区域间功率振荡阻尼的设计方法。基于自由权矩阵方法表示牛顿–莱布尼茨公式,公式可以由线性矩阵不等式进行求解,可以克服利用固定权矩阵带来的保守性。在利用自由权矩阵方法推导得到的时滞相关稳定性判据基础上,设计了广域时滞状态反馈控制器。结合状态观测理论设计了一种新型广域时滞输出反馈控制器。采用平衡截断技术对原系统和控制器进行降阶,实现了对互联电力系统的广域时滞阻尼控制。基于新英格兰测试系统建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。     

面向广域阻尼控制的电力系统降阶辨识研究

广域阻尼控制是抑制电力系统区间低频振荡极具潜力的手段,降阶辨识方法可用于获取广域阻尼控制器设计所需要的模型。电力系统的维数成千上万,基于模式可控可观性分析提出了电力系统面向阻尼控制器设计的可降阶原理、降阶误差分析方法以及基于降阶原理估计和BIC准则的模型定阶方法,并研究了降阶辨识实验的激励信号和预滤波器设计。四机系统的仿真算例表明了所提出的面向广域阻尼控制的电力系统降阶辨识原理与方法的有效性。     

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.     

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。     

基于阻尼转矩分析法的广域阻尼控制器设计

阻尼转矩分析方法（DTA）是建立在发电机转子运动所获得的阻尼转矩这一概念,物理意义清晰。将阻尼转矩分析法扩展至时滞电力系统,推导了广域阻尼控制器（WADC）考虑时滞时的DTA模型。基于全系统DTA模型研究了时滞WADC对系统阻尼的影响机理,提出了时滞特性表征指标。在此基础上,从广域时滞信号的选择和控制器参数整定两个方面,推导了考虑时滞影响时WADC的配置方法。通过算例阐述了WADC的配置优化过程,并得到了时滞特性对WADC角度影响强度要明显大于放大倍数影响的结论,也证明了基于DTA的计及时滞的广域阻尼控制器的配置方法的正确性和可行性。     

基于系统辨识的广域时滞鲁棒阻尼控制

针对电力系统区间低频振荡问题,提出了一种利用广域测量信号的电力系统阻尼控制器的设计方法。该方法采用广域测量系统(WAMS)提供的准实时测量数据,通过Prony传递函数辨识法和纯时滞环节Pade逼近法建立时滞电力系统模型;然后基于混合灵敏度H∞控制理论和极点配置方法设计阻尼控制器,使闭环系统在满足H∞性能指标的前提下极点分布于合适的区间,从而获得所需的系统动态性能。4机2区域电力系统和新英格兰测试系统仿真实例表明,采用广域测量反馈信号的阻尼控制器能够显著提高系统区间低频振荡的阻尼,并且具有时滞不敏感性。     

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。     

计及反馈信号多时滞特性的广域阻尼控制

广域测量系统是由多种通信媒质组成的复杂网络系统。由于不同通信媒质和装置的通信延迟时间各异且具有随机性,闭环电力系统在数学上是一个典型的非线性、多时滞且变时滞的动力系统。文中首先将非线性多时滞的系统模型线性化为线性多时滞的模型,然后分析了线性多时滞系统的稳定时滞域的拓扑性质,最后根据其拓扑性质设计了对时滞的异步变化不敏感的广域阻尼控制器。时域仿真结果表明:对于2区4机系统,当区内通信和区间通信分别具有不同时滞及其随机性的情况下,所设计的控制器仍能有效阻尼区间联络线上的低频振荡。     

基于在线辨识的电力系统广域阻尼控制

提出了利用多路广域测量信号作为反馈量的新型电力系统广域阻尼控制(WADC)方法。首先,推导了基于改进Prony算法的动态降阶等值系统参数的辨识方法;利用该辨识方法对受控系统进行辨识,在辨识结果的基础上运用线性二次型方法设计WADC的参数。广域闭环控制必须考虑通信延迟的影响,文中利用线性矩阵不等式方法讨论了控制参数在时滞下的稳定性问题。MATLAB数值仿真验证了辨识方法的准确性。WADC的控制效果在36节点的多机系统中得到了仿真验证。结果证明,应用广域信号作为反馈的WADC可以更有效地阻尼区间低频振荡,同时提高了联络线的传送容量极限。     

基于开关控制的电力系统广域阻尼控制器

研究了广域阻尼控制器以改善互联电力系统的阻尼和动态稳定性,提出了发电机励磁系统的广域控制算法。该算法用开关控制实现来自远方发电机的转速反馈控制,且考虑了通信时滞。该算法能减小通信时滞的不利影响。励磁系统的广域阻尼控制器以该算法为基础且包含超前-滞后网络。通过4机2区域系统的三相短路故障的数字仿真,测试了该广域阻尼控制器的性能。仿真结果表明,该广域阻尼控制器能改善互联电力系统的动态稳定性。