基于Prony辨识的VSC-HVDC附加次同步阻尼控制器研究

基于电压源换流器的高压直流输电技术(VSC-HVDC)能够实现有功、无功解耦,具有控制响应迅速等特点。利用其附加次同步阻尼控制(SSDC)可以抑制交流系统中出现的次同步振荡(SSO)现象。本文通过Prony辨识得到含VSC-HVDC的交直流混合系统等值降阶模型,进而利用极点配置法设计VSC-HVDC附加次同步阻尼控制器。最后在PSCAD/EMTDC中建立了并联VSC-HVDC的次同步振荡系统模型进行时域仿真,验证了所设计附加次同步阻尼控制器的有效性。     

基于电压源换流器的高压直流输电小信号动态建模及其阻尼控制器设计

基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC)，具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力，能够改善系统的稳定性。文中建立了VSC-HVDC的小信号动态模型，该模型包括VSC与交流系统接口的线性化方程、VSC-HVDC内部直流系统动态过程的线性化方程以及控制系统线性化方程3个部分，具有一般性。以VSC的有功功率整定值为输入，VSC-HVDC并联交流输电线路的有功功率为输出，通过对系统频率响应的辨识，得到了两者间的开环传递函数。在此基础上，利用极点配置技术，设计了单输入单输出结构的VSC-HVDC附加阻尼控制器。对一VSC-HVDC/AC交直流并联输电系统特征根的分析及非线性仿真表明，配备该阻尼控制器的VSC- HVDC能有效地抑制系统低频振荡，增加系统阻尼。     

PSS与VSC-HVDC附加阻尼控制器参数协调优化设计

将含参数约束的线性优化方法应用于交\直流混合系统的电力系统稳定器和基于电压源型换流器的高压直流输电系统附加阻尼控制器的参数协调优化中。该算法考虑了不同阻尼控制方式间的相互影响和作用,在迭代过程中通过修正优化可行域区间,使系统低频振荡模式对应的特征根最终移动到复平面上期望区域内。系统的特征值分析和时域仿真结果验证了上述方法的有效性和实用性。     

基于线性变参数方法的VSC-HVDC变增益附加阻尼控制器设计

电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的直流附加阻尼控制器能够提高交/直流并联输电系统的稳定性,增大系统区域间的阻尼,但VSC-HVDC的非线性特性,使附加阻尼控制器的性能受到影响。为解决这个问题,文中通过选取并联交流线路的有功功率作为变参数向量,应用线性变参数(linear parameter varying,LPV)方法,设计了VSC-HVDC的变增益附加阻尼控制器。仿真系统的特征值分析和时域仿真结果均表明：在系统运行方式大范围变化的情况下,文中所设计的LPV附加阻尼控制器能有效抑制交流系统区域间的低频振荡。     

新型直流输电系统的非线性附加控制器设计

基于电压源换流器(voltage source converter VSC)和脉宽调制(pulse width modulation PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC)系统,不仅具有有功功率快速调节能力,而且具有无功功率快速调节能力.该文以非线性理论和最优控制理论为基础,通过建立单机经交直流并联于无穷大电力系统的机电振荡非线性数学模型,利用精确线性化理论将非线性系统化为线性系统,在线性系统的基础上设计最优控制器,通过坐标变换,得出非线性附加控制规律,仿真结果表明VSC-HVDC系统在装设了该附加控制器后,可显著增加系统振荡阻尼,快速恢复系统稳定.     

VSC-HVDC系统H￥控制器设计

通过对dq0坐标系下电压源换流器模型的分析,得到了电压源换流器增广被控对象的状态空间方程。利用H￥控制理论,设计了基于电压源换流器的高压直流输电系统的定直流电压、定直流功率、定无功功率控制器。根据MATLAB建立的仿真模型,对上述控制器进行了仿真实验。仿真结果表明,所设计的H￥控制器具有良好的控制性能,达到了设计要求。     

VSC-HVDC系统H_∞控制器设计

通过对dqO坐标系下电压源换流器模犁的分析,得到了电压源换流器增广被控对象的状态空间方程.利用H∞控制理论,设计了基于电压源换流器的高压直流输电系统的定直流电压、定直流功率、定无功功率控制器.根据MATLAB建立的仿真模型,对上述控制器进行了仿真实验.仿真结果表明,所设计的H∞控制器具有良好的控制性能,达到了设计要求.     

VSC-HVDC的次同步阻尼特性研究

目前针对基于电压源换流器 (Voltage Source Converter)的高压直流输电技术（VSC-HVDC）的研究,主要集中在控制策略方面,而研究VSC-HVDC对相邻发电机组阻尼特性的影响较少。从VSC-HVDC的工作原理出发,阐述了VSC-HVDC的能够抑制次同步振荡的机理。采用基于时域实现的复转矩系数法-测试信号法,分析了机组作用系数、控制方式以及有功、无功功率水平对VSC-HVDC阻尼特性的影响。针对同一交流系统,对比分析了VSC-HVDC与传统的HVDC的阻尼特性的大小。研究结果表明,与传统HVDC相比,VSC-HVDC能够显著改善相邻发电机组的次同步阻尼特性。     

基于LMI方法的VSC-HVDC多重模型阻尼控制器设计

电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)具有快速功率调整特性,结合相应附加小信号阻尼控制策略可以提高系统的低频阻尼能力。基于线性矩阵不等式(LMI)的优化方法为电力系统阻尼控制提供了新的设计途径。文中采用2步LMI优化方法,在建立系统多个运行点小信号模型基础上分别设计单一模型和多重模型运行点阻尼控制器,以改善系统阻尼特性。在PSASP中对3机系统的时域仿真分析表明,基于多重模型的阻尼控制器具有较强的适应性,可在大范围运行条件下向系统提供足够的阻尼。     

基于变结构控制的VSC-HVDC非线性附加控制器的设计

一种新型高压直流输电(HVDC)系统是以电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术为基础的,具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力,能改善系统的稳定性。对VSC-HVDC系统的附加控制器进行了研究,使其达到抑制系统中区域间的低频振荡的目的。将并联的多机系统等值为两机两区域系统,直流线路功率调节用一阶惯性环节等效,建立了考虑机电振荡的三阶模型;用非线性控制理论设计了基于变结构控制的VSC-HVDC附加阻尼控制器。仿真结果表明VSC-HVDC配备该阻尼控制器后,可显著增加系统振荡阻尼,迅速恢复系统稳定。     

基于Prony辨识的STATCOM附加次同步阻尼控制器设计

静止同步补偿器(STATCOM)具有强大的无功支撑和电压控制能力,利用其附加阻尼控制可以在稳定接入点电压的同时可抑制其接入引起的振荡以及系统中出现的次同步谐振(SSR)。通过对系统时域仿真数据的Prony辨识,得到STATCOM定电压控制系统参考电压到发电机转速偏差的等效传递函数;辨识出系统的振荡模态及其特征信息。在此基础上,采用状态反馈的极点配置技术设计了STATCOM附加次同步阻尼控制器(SSDC)。在IEEE次同步谐振第一标准测试系统上,利用PSCAD/EMTDC进行仿真实验,验证了Prony辨识方法用于STATCOM阻尼控制器设计的可行性和所设计的阻尼控制器的有效性。     

直流输电次同步阻尼控制器的设计

次同步阻尼控制器(subsynchronous damping controller,SSDC)是解决由直流输电引起的次同步振荡(subsynchronous oscillations,SSO)的一种有效措施。在分析直流输电引发SSO机理的基础上,对抑制SSO的原理进行深度剖析,进而提出根据相位补偿原理设计SSDC的方法,该方法物理概念清晰,实现方便。将IEEE 次同步谐振标准测试系统和CIGRE直流输电标准测试系统相结合,构造了一个用于研究HVDC引发SSO的测试系统。对该测试系统的电气阻尼计算结果表明,在所设计SSDC的控制下,次同步频段内的电气阻尼大大增加,且在适当的比例系数下,电气阻尼均为正阻尼。时域仿真也验证了所设计的SSDC的有 效性。     

基于线性最优控制的交直流低频振荡附加阻尼控制器设计

对于低频振荡抑制问题,提出了一种新的电力系统稳定器(PSS)及直流附加控制的设计方法。通过改进的总体最小二乘-旋转不变(TLS-ESPRIT)辨识技术分析系统振荡特性,再对各个振荡模态分别辨识出相应的被控传递函数,最后利用带观测器的线性最优控制(LQR)方法设计出相应控制器,达到抑制低频振荡的目的。在设计过程中,利用基于LQR的PSS抑制区域内低频振荡,区域间低频振荡通过基于LQR的直流附加控制完成。     

基于多级线性最优方法的多频段直流附加阻尼控制器设计

通过总体最小二乘-旋转不变技术辨识出系统振荡模式和降阶模型,对应系统的不同振荡模式,利用巴特沃斯带通滤波器将控制器分解为多个频段,基于多级线性最优方法控制和阿克曼公式,设计出带状态观测器的多频段高压直流附加阻尼控制器,为不同频段的振荡模式提供阻尼,实现同时抑制低频振荡和次同步振荡的功能。同时,在PSCAD实际系统中进行了仿真实验,并对比线性二次型最优控制和比例积分控制,证明了本文所设计控制器的有效性和鲁棒性,对于工程实践具有一定意义。     

基于PRONY辨识的附加最优次同步阻尼控制器设计

在电力系统的次同步振荡分析当中,以往提出的基于系统线性化方程求解的小扰动分析方法极易形成“维数灾”,在实际复杂系统中的应用非常困难。利用Prony方法来辨识系统模型,较好的解决了电力大系统建模困难的问题。在实际系统中,不是所有状态变量都能采取利用,所以采用了状态观测器来重构系统状态,并在此基础上,利用线性最优控制理论设计了附加次同步阻尼控制器。在南方电网的实际模型中,对该控制器进行了时域仿真验证,证明了该控制的有效性和快速性。     

基于VSC-HVDC的统一附加阻尼最优控制方法

相比于传统发电机的电力系统稳定器（PSS）,柔性直流输电（VSC-HVDC）系统可以有效控制区域间的低频振荡。考虑到VSC-HVDC系统有功无功均能对交流系统进行独立控制,提出了基于有功无功双环控制的统一低频振荡控制器,并基于VSC的有功功率和无功功率控制分别设计附加控制回路来增加控制器的控制效果。首先采用最小二乘旋转不变（TLS-ESPRIT）辨识方法获得系统小信号模型和振荡特性,然后基于辨识出的模型,利用基于最优控制理论对控制器进行设计,并将最终所设计控制器分别附加于有功控制回路与无功控制回路。PSCAD的仿真结果表明,相比于常规的有功附加控制器,所提统一控制方法能达到更好的控制效果,并能保证鲁棒性。     

基于改进的Prony算法在线辨识电力系统低频排振荡模式

基于传统的Prony算法对输入信号要求较高,同时对分析数据的噪声非常敏感,提出了一种改进的Prony算法,对在线获取的信号进行快速拟合,从而分析出信号的振幅、阻尼比、频率和相角等信息.改进的Prony算法的拟和精度在36节点的多机系统中进行验证,该算法输入信号是基于广域测量系统提供的各机组功角变量.仿真计算结果表明,该改进算法可实现低频振荡主导模式的在线辨识.     

基于等效开环过程的VSC-HVDC阻尼控制器协调控制鲁棒稳定性研究

针对包含柔性直流(voltage source converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流互联系统区间低频振荡现象,通过多变量系统等效开环过程(effective open-loop process,EOP)理论,将多变量系统回路方程转换为单变量系统回路方程,建立起各回路独立的数学模型。由于包含VSC-HVDC的系统是多输入多输出复杂非线性系统,其中各回路阻尼控制器之间可能存在不协调的问题,基于小增益定理,在实现系统等效开环过程控制的基础上,提出判断各附加阻尼控制器间协调控制鲁棒稳定性指标;设计能抑制低频振荡且能协作运行的发电机电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)附加阻尼控制器和VSC-HVDC附加阻尼控制器。最后在PSCAD/EM TDC中搭建包含VSCHVDC的交直流四机两区域系统,仿真验证所提指标的有效性和所设计控制器的实用性。