基于PMU的可控制动电阻协调控制器研究

同步相量测量单元(PMU)的广泛应用使得利用广域同步信息设计多机系统的协调控制器,进一步提高电力系统的暂态稳定性成为可能。建立了多机系统可控制动电阻(TCBR)控制器的数学模型,并设计了基于广域同步信息的协调控制器。控制器分为协调层和本地层,协调层利用PMU提供的全局实时信息处理各发电机之间的非线性关联量,产生全局优化向量;本地层则结合本地信息和全局优化向量,对发电机进行闭环反馈控制。所提方法避免了分散控制器之间的不协调动作,并且所采用的三级共态预估算法计算量小,适合于在线应用。对一个4机系统的仿真表明所提方法可以有效地提高系统的暂态稳定性。     

广域阻尼控制器和STATCOM控制器协调设计

为了改善互联电力系统阻尼,研究了广域阻尼控制器和静止同步补偿器(STATCOM)的控制器参数全局优化方法.首先介绍了广域阻尼控制器和STATCOM及其控制器数学模型,然后描述了改进的细菌觅食优化(BFO)算法.用Matlab编程,按BFO方法优化控制器参数以使ITSE型适应度值最小.适应度值是通过解电力系统微分-代数方程求得.10机39母线新英格兰系统被用于测试协调设计方法.仿真测试表明,广域阻尼控制器和STATCOM控制器的协调设计能增强电力系统动态稳定性.     

含双馈风电机组系统的广域阻尼控制器协调优化策略

为了提高含双馈风电机组系统抑制低频振荡的能力,提出一种基于自抗扰控制器的广域阻尼控制器协调优化策略。首先对含有双馈风电机组的电力系统进行建模;然后基于系统可观/可控性综合几何指标选择广域阻尼控制回路;最后利用人工蜂群算法对自抗扰控制器和广域阻尼控制器进行协调优化,以增强系统的稳定性。通过2区域4机系统和新英格兰10机39节点系统案例验证了所提出的方法在抑制含双馈风电机组系统低频振荡方面的可行性和有效性。     

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。     

基于阻尼转矩分析法的多广域阻尼控制器多模态交互影响分析

基于阻尼转矩分析(DTA)法,推导了适用于多广域阻尼控制器分析的全系统统一线性化模型;在此基础上提出多控制器多模态交互影响因子指标,该指标能清晰表征交互影响的方向性和定量性;提出模态总阻尼由设计阻尼和交互阻尼组成,分析了交互阻尼的影响机理;研究了考虑多控制器多模态交互影响因子的广域阻尼控制器的配置优化方法.算例结果表明交互影响在广域阻尼控制器配置过程中是必须考虑的重要因素,也证明了所提配置方法的正确性.     

大规模风电场并网下的互联电力系统广域阻尼协调控制

在区域电网互联以及大规模风电远距离输送的背景下,提出了一种新型广域阻尼控制器设计方法。该方法采用交替Krylov子空间算法对系统进行降阶,避免了传统的平衡降阶算法需处理2个高阶Lyapunov方程的问题。在此基础上,考虑了同步发电机与风电场的协调阻尼控制,提出采用均值方差映射算法对控制器参数进行协调优化。并提出增益调度思想,解决了控制器在系统不同运行方式下的鲁棒性问题。算例结果验证了所提方法的可行性。     

一种基于延时补偿的电流跟踪控制新方法

提出一种基于π补偿Smith预估器和算法改进型神经网络的电流跟踪控制方案。π补偿预估器的引入有效地补偿了系统控制中的延时,提高了系统的稳定性能和响应速度;算法改进型神经网络用于优化PI控制器的参数,以提高系统的补偿精度。同时,利用ITAE准则给出π补偿预估器参数与PI控制器参数间的数学关系式。通过算法改进型神经网络可以同时优化两个控制器的参数,避免了将PI控制器参数与预估器参数分开独立识别的局面,并降低了PI控制器和π补偿Smith预估器对电网参数的敏感依赖性。当电网负载发生变化时,能够利用改进的神经网络算法实时地寻求到最优的控制器参数,达到理想的控制效果。仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于时滞灵敏度和多目标优化的广域电力系统稳定器参数设计

针对广域电力系统稳定器应用过程中信号具有时滞的问题,基于Pade近似与阻尼转矩分析法推导得到一个特征根相对于时滞的灵敏度指标,进而采用多目标粒子群优化算法求解综合考虑该灵敏度指标与系统阻尼的广域电力系统稳定器参数优化问题,实现对时滞具有较好鲁棒特性的广域电力系统稳定器参数设计。在搭建的信息电力融合系统平台中以2区4机系统为例,研究了不同时滞下控制器的控制效果。时域仿真结果表明,所提控制器参数设计方法对广域信号时滞的波动有较好的鲁棒特性,当广域测量系统的传输时滞在一定的范围内变化时,控制器依然能够有效地抑制系统区域间的低频振荡,为广域电力系统稳定器的参数整定提供了一种新的思路。     

基于留数的广域阻尼控制协调优化设计

广域阻尼控制器在提高主导模式阻尼的同时也可能导致其他模式阻尼的恶化,因此需要对广域阻尼控制器进行协调优化设计.从多模式阻尼协调问题的本质出发,基于留数的概念分析了广域阻尼控制器对不同模式产生的影响,从2个方面进行阻尼协调设计:一方面通过根轨迹法选择控制器地点或反馈信号,另一方面通过改进的粒子群算法进行控制器参数优化,使得在增强主导模式阻尼的同时能避免对非主导模式阻尼的较大影响.通过4机系统上的算例对提出的阻尼协调设计方法进行了验证,说明基于根轨迹的控制和观测配置方法或者基于PSO控制器参数优化可以找到一组配置使得所有非主导模式阻尼不被恶化,或者提供一个将非主导模式阻尼损失降至最低的选择.     

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。     

Decentralized coordinated control for large power system based on transient stability assessment

For the purpose of enhancing transient stability of large power systems, this paper focuses on an issue of decentralized coordinated control. A modified equal area criterion (MEAC) is firstly proposed as the transient stability judgment criterion of multi-machine power systems. Then, a hierarchical decentralized coordinated excitation control is designed, which consists of both upper level coordinated control and lower level decentralized control. Based on the transient stability assessment, the coordinated controller determines whether to send coordinated control signal to lower level decentralized controllers. Moreover, the decentralized coordinated controller is designed by using H_∞ robust control method so as to deal with the uncertainties of system. Finally, simulation studies test effectiveness of the proposed control.     

多馈入高压直流输电系统的分散协调控制研究

为了提高多馈入直流输电系统的稳定性，该文采用可选择控制结构的部分输出量反馈最优分散协调控制算法设计出了以全系统动态最优为目标的分散协调直流附加控制器，并在设计步骤中引入模态可控程度与模态可观测程度的概念来优选控制器安装地点以及控制反馈信号．从而最大程度地发挥了该控制算法可选择控制结构的特点。算例仿真分析显示了所设计控制器在协调作用下对系统多个振荡模态的良好阻尼效果，证明了该协调控制器设计方法的有效性。     

A decentralized plant controller for automatic generation and voltage regulation

A decentralized plant controller is developed for the coordinated control of automatic real power generation and automatic voltage regulation of a generating unit. Considering that there are no interactions between the two subsystems, local controllers are developed to optimize each subsystem. Those controllers are then used to improve the performance of the overall system when the interconnections are taken into account. The decentralized controller for each subsystem is composed of a feedback control which is independent of other subsystems, and an adjustment control which is dependent on the interaction variables.The effectiveness of the decentralized controller is examined by digital simulation study for the response of a generator-exciter system tied to a governor-turbine system. Comparisons are made with the local controller and with the centralized controller, and the decentralized controller is shown to have practical advantages over the centralized controller with only minimal sacrifice in performance.     

多机电力系统中STATCOM与发电机励磁的协调控制

针对一个典型的两区域且区间联络线中间带STATCOM的4机电力系统，应用信息结构约束下的最优协调控制理论与算法，设计了输出反馈的线性二次型（LQ）分散控制规律，得到的励磁控制器考虑了机组原有PID自动电压调节器（AVR）的结构约束，并通过在STATCOM安装处构造一个能反映区间振荡模式的就地观测量，以抑制区间低频振荡。应用数字仿真研究了所得控制规律的性能，结果表明，协调控制器大大地提高了系统暂态稳定水平和区间传输容量，而且，由于采用了完全分散的信息模式和输出反馈方式，控制器实现代价低、可靠性高，易于实际应用。     

A decentralized nonlinear feedback controller with prescribed degree of stability for damping power system oscillations

Nonlinear feedback linearization techniques are being used for transforming nonlinear power system dynamics into closed loop systems, whose dynamics are linear over wide range of operating conditions. This facilitates use of linear techniques for designing feedback controllers to damp out oscillations. The advantage of using such feedback controllers is that they do not depend on the system operating conditions unlike the conventional controllers, for example a conventional power system stabilizer. A nonlinear feedback law is proposed in this work, which converts a nonlinear power system into closed loop decentralized linear time varying systems. A feedback controller has been designed using linear quadratic regulator with prescribed degree of stability to stabilize the decentralized linear time varying systems. The performance of the proposed method has been tested on a 16-machine, 68-bus system representing interconnected New England Test system (NETS) and New York Power System (NYPS).     

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PMU的多馈入交直流系统的分散协调控制

针对广域多馈入交直流系统,为充分利用直流线路的快速调节能力以改善系统稳定性,提出一种分层分散鲁棒自适应控制方案。基于相角测量装置(PMU)测量单元,协调控制器在线确定并传送故障后动态平衡点到直流线路控制器,直流线路控制器以此故障后动态平衡点为控制目标。采用非线性递推方法推导了基于PMU的多馈入交直流系统的非线性鲁棒自适应分散协调控制规律,并设计了以动态平衡点和PMU实时测量的发电机功角信号为输入的直流线路附加功率控制器。最后通过3机2条直流的测试系统验证了该控制方案的有效性。     

Decentralized bounded input bounded output stabilization of perturbed interconnected time-delay power systems with energy storages

This paper presents a new decentralized bounded input bounded output (BIBO) stabilization problem for a class of interconnected time-delay systems and its application to power systems with energy storages. We first provide conditions for the derivation of an ellipsoid that bounds a given linear functions of the state vector. Then, a design procedure is proposed to synthesize decentralized static output feedback controllers. The designed controllers guarantee that a given linear functions of the state vector, starting from any initial condition, converges exponentially to its prescribed zones. To deal with the time-delay issue, we use an improved weighted integral inequality recently reported in the literature to derive less conservative exponential stability conditions. Then, our presented control approach is applied to an interconnected power system integrated energy storages with multiple time delays. We synthesis decentralized static output feedback load frequency controllers to guarantee that the system frequency and interchanged power converge to their prescribed zones exponentially from any initial conditions. The controller’s construction is simpler and easier for implementation due to only the local output measurements are required. In order to systematically obtain the controller gains, an effective procedure using linear matrix inequality based stabilisation criteria, which can be solved by various computation tools, is provided. Finally, the effectiveness of the proposed control scheme is verified by comprehensive simulations.