统一潮流控制器的非线性控制和对电力系统稳定性的改善

首先考虑UPFC装置与电力系统串联和并联的两部分之间耦合直流电容的动态,建立了具有UPFC的输电系统的动态数学模型。在此基础上,对UPFC的4个控制变量进行分析,提出了控制变量m1,m2和ψ1的线性控制规律,并运用基于微分几何理论的仿晨线性系统反馈精确线性化和动态反馈原理及方法,得到了控制变量ψ2的非线性最优控制律的解析表达式,从而提出了UPFC的线性与非线性最优混合控制策略。控制策略的测量量均可本地化,以利于工程应用。仿真结果表明在文中所给出的非线性控制器作用下,UPFC能有效地改善电力系统的动态品质和暂态稳定性。     

UPFC单机无穷大系统建模与控制策略研究

对含UPFC的单机无穷大系统的工作机理进行了研究分析,将UPFC等效为可控并联电流源与可控串联电压源,建立了考虑发电机励磁系统和汽门调节系统的含UPFC的单机无穷大系统七阶非线性数学模型;采用逆系统原理对该非线性模型进行解耦线性化。采用具有强鲁棒性的变结构控制理论为解耦后的模型设计控制器。最终计算机仿真结果验证了所建模型的正确性及其控制策略对系统稳定作用的优越性。     

UPFC控制器设计

分内部控制和外部控制2部分对统一潮流控制器(UPFC)进行控制器设计.内部控制采用SVPWM控制,负责提供UPFC串、并联侧电压源逆变器的触发信号,并采用一种改进的相位求解方法解决了期望输出电压矢量相位计算过程中的数值溢出问题.外部控制采用在全论域范围内带有自调整因子的变间距模糊交互控制.负责产生UPFC串、并联侧逆变器所需的控制矢量.运用Matlab仿真工具对含UPFC的单机无穷大系统进行了仿真研究.仿真结果表明所设计的UPFC可以有效地控制线路潮流、节点电压和UPFC直流侧电容电压.并且具有响应速度快、超调小、控制精度高、鲁棒性强的优点.     

统一潮流控制器协调控制技术的研究

统一潮流控制器(UPFC)是一种典型的柔性交流输电系统(FACTS)装置,它能通过其串联侧进行移相、节点电压等控制,还可以在并联侧对输电系统进行无功补偿.通过对三相换流器基本解耦控制方法的研究,得到UPFC串联、并联侧装置的控制方法,使得具有强烈非线性的UPFC控制更加灵活稳定和快速的特性,并具有很强的鲁棒性.通过仿真证实了该方法的可靠性.     

UPFC并联侧换流器的新型控制器设计

首次将内模控制应用到UPFC的控制器设计中,运用逆系统原理和状态反馈将UPFC并联侧系统进行精确线性化,设计了对UPFC并联侧采用基于内模控制的逆系统方法解耦控制和基于内模控制的状态反馈解耦控制这两种新的控制器,从而成功地实现了系统的非线性解耦控制。最后通过仿真验证了这两种控制的良好性,以及它们的性能要优于经典PI控制器的性能。     

基于MMC拓扑的UPFC控制策略仿真研究

统一潮流控制器（UPFC）的容量和鲁棒性是其工程实用的难点。为提高容量,将模块化多电平变流器（MMC）引入到UPFC中以替代传统的三相全桥拓扑,其级联多电平特性适合高压大功率的发展方向。为增强鲁棒性,针对UPFC强耦合、非线性的特点,在交叉解耦控制策略基础上引入反馈线性化和变结构控制方法设计控制器。在Matlab/Simulink中进行数值仿真,仿真结果表明,UPFC在调节潮流时既保留了交叉解耦控制快速性和解耦性的特点,又提高了系统对于线路参数变化时的鲁棒性。     

基于精确线性化变结构控制的UPFC控制器设计

统一潮流控制器自身结构复杂、变量多,为了简化其控制器的设计过程,建立只考虑并—串联变流器交流侧电流状态和直流电容电压状态的UPFC的5阶非线性模型。采用双环控制策略来设计UPFC控制器,通过PI外环控制直流电容电压,选取并—串联变流器交流侧电流作为系统控制输出,通过状态反馈精确线性化将原非线性系统线性化为4个线性子系统,并应用变结构控制原理实现并—串联变流器交流侧输出电流的内环控制。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

能量缓冲统一潮流控制器的协调控制技术

能量缓冲统一潮流控制器(ES-UPFC)是一种典型的柔性交流输电系统(FACTS)装置,它既可通过其串、并联侧对输电系统进行无功功率控制,又可通过其直流侧能量缓冲装置进行有功功率控制.这些控制要求使得整个系统协调工作的难度大为增加.文章通过研究三相换流器基本解耦控制方法,得到了UPFC串联、并联侧以及直流侧缓冲装置的控制方法,使得具有强烈非线性的UPFC控制方式更加快速、灵活和稳定,具有较强的鲁棒性,还提出了UPFC串、并联侧和能量缓冲器协调控制方法.该控制方法能够确保UPFC在各种运行模式下正确地工作,其工作的可靠性已为仿真实验所证实.     

UPFC新型非线性控制策略

统一潮流控制器(UPFC)可以有效控制线路的有功和无功功率。基于UPFC控制线路功率的非线性数学模型,提出了一种新型的非线性控制方法:根据系统能量守恒的特点构造出一个满足Lyapunov大范围渐近稳定的函数,再结合精确线性化方法,将控制系统转化为一个简单的线性系统,最后通过线性反馈确定系统的输入量。基于软件EMTP/EMTPWorks对UPFC的控制装置进行建模,并在典型的长距离输电线路的测试系统中运行,仿真结果验证了所提新型非线性控制策略的正确性,较之于传统的PI控制方法,提出的非线性控制方法具有更高的有效性和动态性能;同时也表明了小容量的UPFC装置能够很大程度地补偿线路的有功功率,当发生单相接地故障时,UPFC能提高系统的稳定性。     

一种新型的UPFC控制策略设计

针对给定的UPFC的控制目标,提出了一种在全论域范围内带有自调整因子的变间距模糊交互控制策略,并将其应用于UPFC的控制系统设计中,减少了多个调整因子寻优的复杂性,克服了等间距模糊量化在提高系统稳态精度和提高系统的动态性能之间存在的矛盾以及解耦控制在电力线运行点不确定的情况下很难做到精确解耦的缺点.并对含有UPFC的单机无穷大系统进行了仿真研究,仿真结果表明所设计的UPFC控制系统可以有效地控制线路潮流、节点电压和UPFC直流侧电容电压,并且响应速度快、超调小、控制精度高、鲁棒性强.     

含统一潮流控制器的电力系统分歧现象研究

含统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,简称UPFC)的电力系统中的非线性奇异现象是电力电子器件在电力系统应用中出现的新问题.UPFC参数在正常范围内的变化就可能导致不同的分歧出现,使得系统的拓扑结构发生不同的变化,系统的动态特性和稳定性也将随之变化.本文利用分歧理论,提出了分析这种非线性奇异现象的方法,研究了发生在含UPFC的系统中出现的鞍点分歧、Hopf分歧和奇异诱导分歧现象.研究表明,计及分歧时的稳定与Lyapunov稳定有着本质的区别,后者是对一个给定系统改变初始条件来研究系统的稳定性态;而计及分歧时,反映出来的是系统状态的一种跳跃或突变,从而为含UPFC的系统位于非双曲平衡点邻域内的安全稳定运行提供了一些新观点和新见解.     

UPFC状态反馈精确线性化潮流控制策略

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)传统线性控制器的性能可能因运行点的大范围变化而恶化,针对该问题提出了一种基于微分几何状态反馈精确线性化理论的UPFC非线性潮流控制策略。通过选择李雅普诺夫型输出函数、适当的非线性坐标变换和状态反馈将UPFC的5阶非线性系统完全转化为一个线性系统,然后采用线性极点配置方法设计了UPFC内部潮流控制器。IEEE 118节点系统的仿真对比结果表明,所提UPFC潮流控制策略改进了传统PI控制近似线性化的缺陷,有效适应了UPFC控制范围的大幅度变化,在提高电力系统暂态稳定性方面的效果明显优于传统PI控制。此外,该控制策略设计过程可以应用于所有基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的柔性交流输电系统(flexibleAC transmission system,FACTS)装置。     

基于矩阵变换器的统一潮流控制器的逆系统方法控制策略

基于矩阵变换器的统一潮流控制器在同步旋转坐标下的数学模型,应用逆系统理论,将耦合的非线性模型解耦成了近似线性化的模型,也就是＂伪线性系统＂模型。进而针对＂伪线性系统＂模型,设计了变结构控制律,构成了变结构潮流控制策略,以实现对这个基于矩阵变换器的统一潮流控制器的潮流控制。最后搭建仿真模型,对所提控制策略进行仿真,验证了控制策略的正确性和有效性。     

统一潮流控制器的非线性控制

通过独立控制线路的有功和无功功率,统一潮流控制器(UPFC)能够大大提高线路的传输能力。为实现这一目标,装置需要尽可能快的动态响应速度和稳定性。文中提出一种适用于UPFC装置的非线性控制策略,该控制器的理论分析基于同步旋转坐标系,充分考虑了UPFC模型的非线性特点,采用反馈精确线性化的方法进行分析。在此基础上设计得到的控制器较之传统的PI控制和解耦控制策略具有更好的稳定性和更快的动态响应。在EMTDC/PSCAD平台下的仿真结果验证了这种控制策略的优越性能。     

Application of adaptive Lyapunov-based UPFC supplementary controller by neural network algorithm in multi-machine power system

In this paper, a new adaptive unified power flow controller (UPFC) based on the Lyapunov method and neural network structure is presented. The corresponding energy function is derived for the single machine infinitive bus system with classic generator model representation. Damping control strategy to improve transient behavior of the system is determined by considering the dynamic modeling of the UPFC. The Lyapunov-based controller is extended to interconnected power system by considering the two-machine equivalent model and the center of inertia concept. The recurrent neural network (RNN) with back propagation algorithm is also used to overcome the uncertainty issues and also to consider the more detailed power system. The designed Lyapunov-RNN-based controller is applied to the interconnected power system between the Esfahan–Yazd region transmission network in Iran power system. The performance of the proposed controller is compared with other different controllers by applying some disturbances in the system. Finally, simulation results are presented and the effectiveness of the proposed method for power system stability enhancement is discussed as well.     

A unified model for the analysis of FACTS devices in damping powersystem oscillations. III. Unified power flow controller

For pt.II see ibid., vol.13, no.4, p.1355-62 (1998). This paper presents the establishment of the linearized Phillips-Heffron model of a power system installed with a unified power flow controller (UPFC). Two applications based on the Phillips-Heffron model are demonstrated: (1) study on the effect of UPFC DC voltage regulator on power system oscillation stability; and (2) selection of damping control signal for the design of UPFC damping controller     

基于零动态和变结构控制的发电机汽门和励磁非线性综合控制

针对电力系统暂态过程的非线性特性,利用励磁控制和汽门控制的特点,以功角和电压稳定为目标提出一种发电机汽门和励磁综合控制思想。励磁控制以稳定电压为目标,结合基于零动态和变结构控制的概念和原理进行设计,有效地维持了电压水平。汽门控制以功角稳定为目标,通过计算零动态系统的暂态能量函数,利用Lyapunov稳定理论,得到稳定流形作为切换面,然后设计相应的变结构非线性汽门控制律,将零动态系统限制在所设计的稳定流形上。变结构控制的特性使控制律具有一定的鲁棒性。汽门控制设计中未使用任何线性化方法,因而控制律对系统的非线性特性完全适应。试验结果表明所设计的控制器不仅对小干扰和大干扰暂态过程具有很好的稳定作用,而且在动态过程中能很好地稳定电压,动态过程具有更好的供电品质。     

关于交直流并列输电系统的控制策略研究

提出了一种针对交直流并联输电系统的非线性变结构控制方法.它使用状态反馈精确线性化的方法,将该非线性系统线性化为一个完全可控的线性系统,再结合变结构控制理论,即利用滑动模态对系统的摄动和外部干扰的不变性,设计了非线性变结构控制器.仿真结果表明,非线性变结构控制可以有效地调节直流线路的传输功率,保证交直流系统的稳定性.     

多机系统励磁与UPFC非线性协调控制策略研究

装设有统一潮流控制器(UPFC)的大电网是一个复杂且易受扰动的非线性系统。为此推导出了装设有UPFC装置的多机电力系统数学模型,在此基础上构造了系统的Hamilton能量函数,进而将此系统表示成含参数扰动的Hamilton系统形式。根据边界函数法和干扰抑制控制法得到了考虑转移电导的多机励磁与UPFC的协调控制器。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建四机两区域系统,对比仿真结果表明,所设计的非线性协调控制器具有良好的控制效果和较强的鲁棒性。