跟踪COI思想应用于多机系统励磁控制

针对多机电力系统，提出了发电机功角和频率以动态跟踪系统惯量中心（COI）为目标的励磁控制思想。在该思想下，各发电机的功角按一定距离动态追踪系统COI功角的变化，而各发电机的频率则动态追踪系统COI频率的变化。相比于当前绝大多数以原运行点为发电机调节目标的控制思想而言，文中所提出的思想的主要特点在于它是利用系统的动态COI信号来将各发电机拉向同步，系统将根据实际情况稳定于某一可接受的频率，而不是局限于工频。在相同的发电机模型基础上，建立了2种不同思想下的控制系统模型，并给出了采用相同方法设计的鲁棒控制器。最后采用2区4机系统进行了动态仿真，以比较这2种鲁棒控制器以及自动电压调节器＋电力系统稳定器（AVR＋PSS）励磁系统在提高电力系统暂态稳定性方面的控制功效。     

发电机励磁及SVC非线性最优协调控制

发电机励磁和静止无功补偿器(static var compensator,SVC)对远距离输电的稳定性有很大影响。为了提高系统在大扰动情况下的暂态稳定性,提出一种发电机励磁系统与SVC协调非线性最优控制方法。通过建立发电机励磁与SVC系统的综合模型,将微分几何反馈线性化理论与线性最优控制理论相结合,设计了发电机励磁与SVC系统的非线性最优协调控制规律。控制信号实现了本地化,避免了远距离的信号传输。仿真结果证明,该控制方法能同时改善系统的功角稳定性和电压稳定性。     

发电机励磁与TCSC的非线性协调控制

针对电力系统的稳定性问题,设计了发电机励磁系统与可控串联补偿TCSC(thysistor controlled series compensation)装置的协调控制器。该方法从发电机励磁系统与TCSC模型出发,建立了含TCSC的单机无穷大系统的四阶非线性状态空间模型,利用非线性系统的微分几何理论,将其非线性模型精确线性化。在线性化模型的基础上,考虑电力系统运行参数的不确定性,采用滑模控制理论对发电机励磁系统与TCSC进行协调控制,通过指数趋近律和准滑动模态方法,最终获得了整个系统的滑模协调控制规律。单机无穷大电力系统仿真结果表明,所设计的协调控制方法对电力系统的扰动具有良好的适应性和鲁棒性,提高了电力系统的稳定性。     

SVC与发电机附加励磁模糊变结构综合控制的研究

在非线性变结构控制理论与模糊控制理论的基础上 ,将二者结合起来进行SVC和发电机附加励磁模糊变结构综合控制器的设计。该控制器能同时考虑发电机功角稳定和SVC安装点处电压控制两个目标 ,可以根据当地状态变量的变化得出相关的控制量 ,便于控制策略的实现。仿真计算表明 :SVC和附加励磁的模糊变结构综合控制与常规控制相比 ,能够明显地改善电力系统的功角稳定性 ,同时可以抑制暂态响应中的电压波动     

SVC与发电机附加励磁模糊变结构综合控制的研究

在非线性变结构控制理论与模糊控制理论的基础上,将二者结合起来进行SVC和发电机附加励磁模糊变结构综合控制器的设计.该控制器能同时考虑发电机功角稳定和SVC安装点处电压控制两个目标,可以根据当地状态变量的变化得出相关的控制量,便于控制策略的实现.仿真计算表明:SVC和附加励磁的模糊变结构综合控制与常规控制相比,能够明显地改善电力系统的功角稳定性,同时可以抑制暂态响应中的电压波动.     

同步发电机可拓励磁控制器

为了克服传统励磁控制方法的缺点,依据可拓学理论,设计了同步发电机励磁控制器.控制器以参考电压与发电机机端电压的偏差及其微分作为特征量,根据电力系统的实际情况确定特征量的经典域和可拓域,经过关联度计算、测度模式识别,确定所采用的控制策略.应用MATLAB/Simulink软件建立了基于同步发电机三阶非线性数学描述的单机无穷大电力系统仿真模型,可拓控制器用MATLAB之S函数编程实现.与常规PID励磁控制器的仿真比较结果,验证了可拓励磁控制器对于改善电力系统小扰动稳定性和大扰动稳定性的有效性.     

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.     

计及动态负荷的电力系统静止无功补偿器(SVC)与发电机励磁控制

基于微分代数控制系统的反馈线性化方法，进一步研究了具有非线性负荷的电力系统中静止无功补偿器(Static var compensator，SVC)和发电机三阶模型的励磁控制，表明具有非线性负荷和SVC装置的NDAS(3)仍可以通过状态反馈精确线性化，从而得到具有代数方程的Bnmovsky标准型。提出了具有非线性负荷的电力系统SVC与发电机励磁控制的完全精确线性化设计。该控制方法可以同时满足发电机功角稳定和SVC节点处电压。仿真结果表明该方法具有很好的效果和优越性。     

静止无功补偿器与励磁系统的鲁棒协调控制

针对电力系统的强非线性不确定性,本文应用直接反馈线性化(DFL)和H∞非线性控制理论,设计了一种静止无功补偿器与发电机励磁系统鲁棒协调控制规律,该控制器可以同时镇定发电机功角稳定和控制节点电压,仿真实例表明该协调控制方法是有效的。     

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。     

多机系统励磁与SSSC的非线性鲁棒协调控制

针对多机电力系统中,发电机励磁和静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC)的协调控制问题,引入广义Hamilton系统理论,进行非线性协调控制器设计。SSSC采用考虑内部动态的三阶模型,并将SSSC与各台发电机的相互作用用附加电磁功率表示。将包含发电机励磁和SSSC的多机电力系统描述成广义耗散Hamilton系统形式,利用边界函数法和L2干扰抑制控制方法设计了发电机励磁和SSSC的协调控制器。四机两区域系统的仿真结果表明:与传统的分散控制器相比,所提的非线性协调控制器能够有效地提高系统的暂态稳定性和电压调节性能。     

同步发电机-电力电子变压器组的最优协调控制

电力电子变压器(PET)是一种通过电力电子变换实现电力系统电压变换和能量传递的新型变压器.文章研究了电力系统中发电机-PET组的协调控制问题,首先建立了由发电机-PET组构成的电力系统数学模型,然后应用最优控制理论,提出了一种发电机-PET组的最优协调控制器.该控制器中的控制量分别为发电机励磁电压、PET一次侧和二次侧的电压源变换器中的脉宽调制的调制度和相角,反馈量则为发电机的功角、角速度、机端电压以及PET的直流环节电压.仿真结果表明,与由常规发变组构成的系统相比,该最优协调控制器有效地提高了扰动条件下的系统阻尼,同时改善了系统的电压特性.     

Immersion and Invariance-based Non-linear Coordinated Control for Generator Excitation and Static Synchronous Compensator of Power Systems

In this article, a non-linear coordinated control of generator excitation and a static synchronous compensator is proposed to enhance the transient stability of an electrical power system. The coordinated controller proposed is designed via immersion and invariance methodology. In particular, a non-linear model of the power system and immersion and invariance design method are used to achieve not only power angle stability but also frequency and voltage regulations following a large disturbance (a symmetrical three-phase short-circuit fault) on one transmission line or a small perturbation to mechanical power input to synchronous generators in the system. The controller design is validated using a simulation study on a single-machine infinite bus. Simulation results show that the proposed controller can not only keep the system transiently stable but also simultaneously achieve power angle stability and frequency and voltage regulation.     

多机系统PID分散协调控制的研究

从实际励磁控制模型出发,将机端电压及其微分作为输出反馈量,建立发电机及其控制器数学模型,通过求解Levine-Athans矩阵方程组,设计了PID分散协调励磁控制器,其结果可直接应用于电力系统现有PID控制器的参数整定;另外,对传统权矩阵优化算法中存在的不足给予了改进,使权矩阵优化算法更易实现且更可靠。文章是电力系统分散协调控制理论的进一步完善及补充,在无须改变原有控制器结构的前提下实现最优协调控制,更具现实意义。最后,经计算与仿真证明提出的方法是正确的、有效的。     

含STATCOM装置的凸极式发电机励磁稳定控制设计

针对单机无穷大系统,采用凸极式发电机(xd′≠xq)模型,建立了包含静态同步补偿器(STATCOM)的系统方程,并利用微分几何线性化方法,实现了凸极式发电机励磁与STATCOM的协调控制,克服了以往的STATCOM模型需要假设STATCOM输出电压矢量在d轴的强约束条件。该设计方法进一步推广了微分几何线性化理论和控制器的应用范围,并提高了STATCOM与励磁协调控制的实用性。仿真结果表明文中所提出的模型和协调控制方法的合理性和有效性。     

改善机端电压的非线性励磁控制

为了提高发电机励磁控制器的控制效果,提出了一种将基于机端电压偏差的比例积分控制和基于微分几何理论的非线性励磁控制相结合的改善机端电压的非线性励磁控制器设计方法。为验证方法的有效性,用MATLAB进行仿真试验。仿真结果表明,所设计的非线性励磁控制器在小扰动和大扰动情况下不仅能较好地保证发电机角速度、功角的稳定,而且能改善机端电压的精度和稳定度。     

发电机励磁与高压直流输电的协调控制

针对包含励磁控制的发电机与高压直流输电的交直流互联系统,设计了发电机励磁与高压直流输电的协调控制器。首先建立整个系统的数学模型,然后利用非线性控制理论将系统精确线性化,并结合最优协调控制理论得出协调控制规律。最后应用EMTDC程序进行仿真,结果表明,上述协调控制器能有效地提高整个系统的稳定性。     

同步发电机励磁快速模型预测控制研究

介绍了一种新的控制器设计方法——在线优化快速预测控制方法,并将这种方法应用到同步发电机励磁控制中,以有功功率、角速度、机端电压和励磁电压的偏差量组合作为全局变量,以预测步数内系统状态轨迹和控制量的偏差最小为优化控制指标,并考虑以系统微分方程、状态和输入为约束条件。算法中对滚动优化模型进行简化,运用区块排除法、温启动等有效地降低了模型预测控制在线计算复杂度,可加快在线运算速度。对单机无穷大系统的仿真结果表明,该励磁控制方法优于一般励磁控制方法,控制效果好。此外,控制器的控制效果可由预测步数控制,灵活方便。