超导储能装置的非线性鲁棒控制器设计

首先讨论了超导储能装置（SMES）建模问题,根据SMES样机实验结果,构造了SMES的二阶鲁棒模型;然后在单机无穷大系统中,得到了含SMES的电力系统非线性鲁棒模型。进一步,基于反馈线性化方法将系统线性化,再利用线性H_∞理论求得SMES的鲁棒控制规律。最后,用数字仿真检验控制规律的有效性。结果表明在各种工况下,SMES的非线性鲁棒控制器均可使系统在受到大干扰后迅速恢复正常运行,并显著提高系统的暂态稳定极限,从而提高系统的输电能力。     

超导磁储能系统抑制风力发电功率波动的研究

建立含超导磁储能装置(SMES)的单机无穷大系统的Phillips-Heffron模型,导出含SMES电力系统总的电磁转矩表达式,从理论上分析SMES对增强系统阻尼的作用.并设计了SMES非线性比例积分微分控制器,数字仿真结果验证了SMES阻尼系统功率振荡的特性,同时表明该控制器具有较好的鲁棒性.     

基于Riccati法的静止无功补偿器变结构鲁棒控制

为了抑制电力系统静止无功补偿器(SVC)的非线性特性、未建模动态、系统参数变化及外部扰动影响,应用变结构控制理论与鲁棒控制理论,设计了能同时改善电力系统功角稳定与装设点电压动态性能的SVC非线性变结构鲁棒控制器.控制器考虑了含SVC的单机--无穷大系统(SMIB)模型可能的不确定性项,以其标称系统所对应的代数Riccati方程的解来构造滑动模态超平面,进而给出变结构鲁棒控制算法.设计的控制规律简洁,鲁棒性强且易于工程实践.仿真结果表明,与传统PI控制方式相比,变结构鲁棒控制器能够更有效地阻尼系统振荡,提高系统暂态稳定性能.     

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.     

基于Lyapunov函数的非线性励磁控制器设计

针对单机无穷大电力系统,将Lyapunov(李亚普诺夫)稳定性理论应用于电力系统的非线性励磁控制,提出了一种实用的发电机非线性优化鲁棒励磁控制律.仿真结果表明,设计的励磁控制器不仅可提高系统的鲁棒性,抑制干扰对系统的影响,而且提高了励磁控制系统的反应速度,改善了电力系统的动态性能.     

基于哈密顿系统理论的超导储能装置控制器的设计

针对电力系统非线性的特点，将电力系统中的一类仿射非线性系统转换为标准的哈密顿系统，进行了超导储能SMES（Superconducting Magnetic Energy Storage)有功功率的控制设计，对无功功率用传统的比例环节进行设计，基于受控哈密顿系统理论，建立了SMES装置的端口受控哈密顿PCH（Port Controlled Hamiltonian)模型，针对系统的外界干扰和参数不确定性，采用自适应KL2增益控制设计方法设计了含有SMES装置的单机无穷大电力系统的自适用L2增益控制器。仿真结果表明，采用基于哈密顿系统理论的自适应L2增益控制方法对SMES有功功率的设计，利用传统的比例积分PI（Proportion Integration)控制器进行无功功率控制，能够有效地抑制干扰，显著地改善系统的动态性能。     

同步发电机励磁和ASVG哈密顿系统建模与协调控制

针对单机无穷大系统,建立了包含先进无功发生器(ASVG)的三阶状态空间模型.采用广义Hamilton能量函数理论,考虑电力系统的非线性特性,设计了ASVG安装点电压与同步发电机励磁非线性控制器,该控制可以同时满足同步发电机励磁控制的功角稳定性与ASVG装设处电压的稳定性.单机-无穷大系统数字仿真结果验证了该控制律的有效性.     

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。     

静止无功补偿器非线性控制对系统功角稳定的影响

用直接反馈线性化控制理论，为SVC设计了电压型非线性控制器，提出纯电压型SVC控制器只能维持装设点电压，不能增加系统功角振荡的阻尼。对纯电压型SVC非线性控制器进行了改进，设计出了既有维持SVC装设点电压水平能力，又能显著增加系统功角振荡的阻尼，较为完善的信号调制型SVC综合非线性控制器。对输电线上装设SVC的单机无穷大系统进行了数字仿真，证明控制器具有良好的动态性能。所设计的两种控制器均实现了当地信号控制，并从理论上保证了控制器具有很好的鲁棒性。     

静止无功补偿器（SVC）的一种新型非线性鲁棒自适应控制设计方法

为提高提高多机电力系统的暂态稳定性,该文首先建立了静止无功补偿器(static var compensator,SVC)系统的一个含有时变参数不确定性的二阶非线性动态模型,然后在SVC 动态模型的基础上,利用自适应控制技术和鲁棒控制技术设计了SVC系统的控制器。为了验证所设计的控制器的有效性,以一个经典的三机九母线电力系统作为测试系统,对鲁棒自适应SVC控制器与PID SVC控制器和反馈线性化 SVC控制器分别进行了比较研究。仿真结果表明,与PID SVC控制器和反馈线性化 SVC控制器相比,所提出的鲁棒自适应SVC控制器具有良好的性能。     

分散励磁与超导储能装置的干扰抑制控制

提出了一种新的设计多机电力系统中励磁和超导储能装置的分散L₂增益干扰抑制控制器的方法。文中首先建立了含超导储能装置的多机电力系统的动态模型，继而利用递推方法设计励磁和超导储能装置的增益干扰抑制控制器，所得控制器可以利用本地测量量实现。计算机仿真结果说明了所设计的控制器可以提高系统的暂态稳定性，显著改善系统的动态性能。     

汽轮发电机汽门开度的分散非线性预测控制

基于非线性预测控制理论,设计出具有闭型解析解控制律的汽轮发电机汽门开度分散非线性预测控制器。该控制器并不要求进行在线优化计算,从而避免了繁重的计算负担。控制器的输入为当地可测量信号且与网络参数无关,从而实现了分散控制。通过在6机22母线系统的仿真结果表明,该控制器能提高电力系统的暂态稳定性和动态性能。     

基于惯量中心动态信号的交直流互联系统稳定控制

针对交直流互联电力系统的稳定控制问题，提出了基于系统惯量中心(center of inertia，COI)动态信号的发电机励磁和直流功率调制综合控制方案。该方案中各发电机功角和频率动态跟踪由广域测量系统提供的系统COI动态功角和频率轨迹。直流输电线路功率调制的目标是阻尼区域COI功角和频率间的相互振荡。考虑到模型误差和外部干扰因素，采用反步法设计了非线性鲁棒控制器。对某4机2区域系统进行仿真实验，结果表明该控制方案和控制器突破了系统只能稳定于工频下的局限，增大了系统的稳定域，显著改善了系统的功角稳定性。     

储能技术及其在电力系统稳定控制中的应用

基于储能原理的稳定控制装置通过向电力系统提供系统不平衡有功和无功功率的补偿可以有效地提高交流输电系统的稳定性。详细分析了这类控制装置的工作原理，并建立了其数学模型。在此基础上，进行了特征值和时域仿真分析，以探讨其工作特性。作为应用实例，较详细介绍了两种基于不同储能原理的电力系统稳定控制装置，一种是基于超导磁储能原理的电力系统稳定控制装置；另一种是基于飞轮储能原理的电力系统稳定控制装置。基于超导磁储能原理的电力系统稳定控制装置由超导磁体、电力电子变换装置和相应的控制系统组成。文中研究了该装置向小扰动情况下的大型互联电力系统低频振荡提供阻尼和在大扰动情况下增强系统暂态稳定性的能力。此外，还介绍了作者研制的基于超导磁储能电力系统稳定控制装置的样机，并在实验室环境下进行了控制装置的特性试验。对于基于飞轮储能的电力系统稳定控制装置，介绍了控制装置的基本原理和系统构成，并用数字仿真的方法对其工作特性进行了分析，得到了满意的结果。     

SVC与发电机励磁的非线性变结构协调控制

针对电力系统的强非线性和不确定性特点及精确反馈线性化的不足,引入自抗扰控制技术设计了能同时改善电力系统功角稳定和电压动态特性的静止无功补偿(SVC)与发电机励磁的变结构协调控制器。扩张状态观测器的动态补偿作用不仅使励磁控制与SVC控制实现解耦,而且使二者均能实现当地信号控制。仿真结果表明提出的非线性鲁棒变结构协调控制器能有效地改善系统的动态稳定性。所设计的控制器对系统运行点和网络结构的变化具有良好的适应性和鲁棒性。     

基于超导储能装置的联络线功率控制

改变了以往将超导储能装置安装在发电机出口处的策略,利用该装置与系统间有功和无功功率交换的灵活性,进行互联系统联络线的功率控制.控制目标由传统的驱使系统恢复到故障前的稳定运行点,转为跟踪系统惯量中心,以较小的控制代价尽快将系统拉回同步,并迅速平息故障后的区域间功率振荡.利用反步法为超导储能装置的有功环节设计了鲁棒控制器,使闭环系统对建模误差及有界的外部扰动具有鲁棒性.最后利用PSS/E对所提出的控制方案在4机2区系统上进行了数字仿真,证明了该方案的有效性.     

超导储能装置用于改善暂态电压稳定性的研究

建立了超导储能装置(SMES)在暂态电压稳定性分析中的简化数学模型.SMES经双桥系统的电流源型换流电路与电力系统相连.研究了具有快速响应特性的SMES在提高电力系统暂态电压稳定性方面的作用和其无功控制策略,以及采用不等触发角控制时的控制原则.在Matlab平台上编制了暂态仿真程序,对典型3机10母线系统进行了仿真计算.仿真结果表明,超导储能装置安装在动态负荷处,采用无功-电压控制方式能够有效地提高系统的暂态电压稳定性.     

A design method of nonlinear optimal predictive controller for thyristor controlled series compensation

In this paper, a design method of thyristor controlled series compensation (TCSC) controller with closed-form analytic solution control law is presented so as to improve transient stability and dynamic performance of power systems, on the basis of nonlinear optimal predictive control theory. The control scheme is robust and considers uncertainty of power systems. The stability of the closed-loop system is guaranteed by the control law which does not require on-line optimization and the huge calculation burden is avoided, besides, all input variables can be obtained locally. The simulation results demonstrate that the controller may improve transient stability and dynamic performance of power systems significantly.