执行机构含死区环节的自适应补偿控制

火电厂炉膛负压控制系统中有时含死区类的强非线性环节，死区使该控制回路产生振荡，仅用常规PID控制器无法克服这一现象。为此，该文提出了一种用自适应死区逆对控制回路进行补偿的方法。该方法用描述死区特性的参数构造死区逆来补偿控制器输出；同时又由于死区是未知和时变的，所以用一种鲁棒自适应更新律对死区参数进行在线更新，从而达到用死区逆完全抵消死区影响的目的。仿真试验结果表明，该文的方法几乎能让系统恢复到线性状况，并且死区参数收敛，证明了方法的有效性。     

发电机组参与电网一次调频的特性研究

一次调频是确保电力系统频率稳定的主要途径之一,但目前采用DEH(数字式电液)控制系统的发电机组,通过调节系统设置较大的调频死区,切除一次调频的控制作用,大大降低了一次调频在突发性事故中稳定电网频率的作用。为研究发电机组参与电网一次调频的特性,建立了3区域互联系统的数学模型,并通过仿真试验,分析研究了不同的调频死区参数设置条件下,电网稳定所需要的一次调频容量,确定电网负荷扰动大小与机组调频容量之间的关系,对于指导电网中发电机组调节系统的参数设置和调整以及电网一次调频容量的确定具有重要的指导意义。     

DEH控制下机组调频功能的实现

结合机组调频功能的基本概念，详细叙述了发电机组在汽轮机电液调节系统(DEH)控制下一次调频及二次调频功能的实现方式，并介绍了传统的液压调节系统的调频功能。通过DEH实现机组的调频功能，有利于实现AGC控制，保证电网的安全稳定运行。     

考虑储能调频死区的一次调频控制方法

提出一种考虑储能调频死区的综合一次调频控制方法。通过对常规机组调频死区机理分析,定义储能参与调频的死区限制,为充分发挥储能快速、精准响应在电网调频中的潜力,将储能调频死区的界限设置在常规机组死区的范围内,有效改善电网频率质量,并避免常规机组参与调频的频繁动作;通过分析虚拟下垂与虚拟惯性控制对电网频率的影响,提出一种将二者合理结合的控制方法,依据系统调频需求,选择相应的控制策略,以实现两种控制策略的协调运行及优势互补;为了约束储能功率输出,对虚拟下垂与虚拟惯性控制采用基于logistic函数的自适应控制规律,从而避免荷电状态(SOC)耗尽或饱和现象的发生。最后利用Matlab/Simulink对典型区域电网进行了仿真证明,结果表明所提控制策略可以有效改善频率质量,同时能明显减少常规机组的动作比例。     

风电并网一次调频控制性能研究

为了使采用双馈式异步电机的风力发电并网系统具备参与电网一次调频的能力,需要对并网系统开展一次调频性能研究,采用下垂控制方案,解耦有功功率和无功功率,通过控制有功功率输出来动态响应频率波动。针对传统下垂控制在响应电网频率调节过程中,输出功率与参考功率偏差较大引起的控制系统过度调整问题,引入动态下垂系数作为原下垂控制系数负反馈相,使频率与下垂控制系数的乘积在可控范围内变换,实现下垂系数根据目标频率实时调节;针对风机并网系统一次调频过程中的功率震荡问题,建立风电并网虚拟同步机数学模型,采用自适应虚拟参数,并分析参数取值范围。通过Matlab/Simulink仿真和实验验证所提方案可以使风电并网系统一次调频控制性能更优。     

增强型人工频率死区对一次调频响应的影响分析

针对一次调频人工频率死区设置不当可能影响机组正常运行的情况,依据普通型与增强型人工频率死区的数学模型,分析了采用不同类型人工频率死区时机组的一次调频特性,并利用PSD-BPA暂态稳定程序提供的水轮机调节系统模型进行了仿真。结果表明,增强型人工频率死区不会消减机组一次调频的调节深度,能够提升机组一次调频的响应速动性,但是当一次调频的增强型人工频率死区设值较大,且遇到系统频率在人工频率死区边界频繁波动时,机组负荷会受迫出现明显波动。     

考虑电池储能仿真模型的一次调频特性评估

为更好地利用电池储能服务于电网调频,对电池储能的一次调频特性展开了评估.首先,构建了满足调频研究需求的磷酸铁锂电池仿真模型,并依据多组实验数据辨识了模型中的参数,同时分析了恒功率运行方式对参数的影响.其次,提出了控制电池储能动作时机与深度的关键参量,即为调频死区和单位调节功率,基于此设计了相应的调节模式,并提炼了调频特性评价指标.最后,依托长沙一湘潭两区域电网算例,仿真分析了关键参量对电池储能一次调频特性的影响,且定量分析了电池储能相比传统电源的高效程度.结果表明,相比调频死区,单位调节功率对电池储能调频特性的影响更为明显;若电池储能和传统电源的调频容量及单位调节功率均相同,前者无调频死区时高效25倍以上,前者的调频死区为后者近两倍时高效约12.5倍.     

基于数据驱动的孤岛微网自适应调频策略

微电网孤岛运行时,基于下垂控制的并联逆变器无法消除频率的静态偏差,必须借助二次调频来稳定频率值。在进行二次频率控制器参数设计时需要用到微网频率响应模型,然而由于微网系统的结构复杂多变以及系统内微源和负荷种类多样等原因,微网系统的数学模型难以获取,控制器参数也因此难以整定。为解决上述问题,提出一种基于数据驱动的改进无模型自适应控制的二次调频策略,该控制算法仅需要采样关键节点处的输入输出数据,利用RBF神经网络的自适应和自学习能力并按照一定的控制周期在线整定二次调频系统的无模型自适应控制器参数,从而将频率稳定在基准值。仿真结果验证了所提策略有很好的瞬态响应特性,同时具有较强的鲁棒性。     

基于逆变器死区特性的永磁同步电动机系统的μ-修整变结构控制

永磁同步电动机调速系统由PWM逆变器、永磁同步电动机和机械负载三部分组成，每个部分都具有非线性特性和参数的不确定性。因为PWM逆变器死区的存在，在低速以及调制频率很高时，死区特性将会导致逆变器的输出电压包含很大的谐波分量，使得电机转矩发生很大的脉动，甚至导致系统的不稳定。有些学者采用变结构控制降低死区的影响，由于变结构控制本身具有抖振现象，这使得所设计的控制器在到达滑模平面之前很容易激起系统的未建模动态，导致系统无法克服逆变器死区的影响。该文采用具有μ-修整项的自适应滑模变结构控制方法来降低抖振对永磁同步电动机系统的影响。设计两个参数，通过调节设计参数可以很容易控制抖振。该控制器对参数摄动和外部扰动具有很强的鲁棒性，控制器不但可以消除逆变器死区的影响，同时还可以便系统全局稳定并且达到准确的位置跟踪。最后利用MATLAB对整个系统进行了仿真，仿真结果证明该设计方案优于自适应变结构控制方法。     

考虑一次调频死区的风储协同调频机理分析及死区参数优化

目前，调频死区对于风储联合调频的影响机理尚不明确，且风储最优调频死区参数难以获得。为此，对考虑一次调频死区的风储联合调频进行机理分析并提出最优的死区参数设置方案。首先，依据风电机组与电池储能的不同调频特性确定对应的死区模型，建立考虑风储一次调频死区的频率响应模型。其次，分析调频死区内外不同特征以及风储不同投入阶段对动态频率的影响，进而分段解析求解最大频率偏差时域表达式。然后，为兼顾调频效果与调频经济性，提出基于改进多目标粒子群(improved multi-objective particle swarm optimization, IMOPSO)算法的调频死区参数寻优方法。最后，仿真验证了将风储一次调频死区参数分别设置为0.0579 Hz和0.0386 Hz时所提方法的有效性。     

Bat inspired algorithm based optimal design of model predictive load frequency control

Bat inspired algorithm (BIA) has recently been explored to develop a novel algorithm for distributed optimization and control. In this paper, BIA-based design of model predictive controllers (MPCs) is proposed for load frequency control (LFC) to enhance the damping of oscillations in power systems. The proposed model predictive load frequency controllers are termed as MPLFCs. Two-area hydro-thermal system, equipped with MPLFCs, is considered to accomplish this study. The suggested power system model considers generation rate constraint (GRC) and governor dead band (GDB). Time delays imposed to the power system by governor-turbine, thermodynamic process, and communication channels are accounted for as well. BIA is utilized to search for optimal controller parameters by minimizing a candidate time-domain based objective function. The performance of the proposed controller has been compared to those of the conventional PI controller based on integral square error (ISE) technique and the PI controller optimized by genetic algorithms (GA), in order to demonstrate the superior efficiency of the BIA-based MPLFCs. Simulation results emphasis on the better performance of the proposed MPLFCs compared to conventional and GA-based PI controllers over a wide range of operating conditions and system parameters uncertainties.     

交直流配电网小信号模型和直流侧低频振荡分析

交直流配电网发展迅猛、应用广泛,其稳定性是行业关注的焦点。文中针对某交直流配电网工程调试阶段出现的直流侧低频振荡现象,开展稳定性分析。文中首先在小信号建模基础上,采用特征值分析方法,分析电网强度、功率水平、控制参数3种因素对低频振荡的影响。随后,文中提出改变控制器参数和增加附加控制器的振荡抑制措施。理论和仿真分析表明:弱电网会影响电压源型变换器(VSC)的稳定性;375 V直流侧功率增大至超过额定功率时会发生低频振荡;Buck变换器电流内环比例积分(PI)控制器积分系数不影响系统的稳定性,但影响振荡发生后的振荡频率,电压外环PI控制器比例系数过小或积分系数过大会造成系统不稳定;改变Buck变换器电压外环PI控制器参数和增加附加控制器可有效抑制低频振荡。文中针对实际交直流配电网振荡影响因素的理论及仿真分析,对其他交直流配电网工程调试及运行分析具有借鉴意义。     

Resistive optimization with enhanced PLL based nonlinear variable gain fuzzy hysteresis control strategy for unified power quality conditioner

This paper proposes a Resistive Optimization Technique (ROT) incorporated with enhanced phase-locked loop (EPLL) based Nonlinear Variable Gain Fuzzy (NVGF) hysteresis control strategy for three-phase, three-wire Unified Power Quality Conditioner (UPQC) for compensating current harmonics, reactive power, voltage sag/swell, voltage harmonics and voltage unbalance present in the power system distribution network. This novel resistive optimization control strategy is exploited for reference signal generation for both shunt and series inverter. This proposed algorithm adaptively regulates the DC-link capacitor voltage without utilizing additional controller circuit and makes the control system simple as it does not involve any complex optimization methods. Furthermore, a nonlinear variable gain fuzzy based hysteresis controller is proposed for controlling the hysteresis band, which effectively reduces the band violation and improves the tracking behavior of UPQC during load transient, distortion and unbalanced supply conditions of power system. The proposed control strategy of UPQC is validated through MATLAB/SIMULINK followed by the experimental setup accomplished with real-time-hardware-in the loop (HIL) system OPAL-RT simulator and adequate results are reported after a comparative assessment with the conventional PI and hysteresis controller.     

基于非线性PID控制理论的单相PWM整流器研究

在单相电压型PWM整流器的控制方面,基于传统线性控制理论所设计的电压环PI控制器存在着系统动态性能差、参数整定困难等缺点。文章首先以单相电压型PWM整流器的双环控制为基础,对PWM整流器模型进行数学分析,然后引入新的非线性函数对电压环的控制性能进行优化,进而提出了一种单相PWM整流器的电压环非线性PI控制器控制方案。最后利用MATLAB软件搭建仿真平台,与传统PI控制器的仿真对比表明该方案不仅计算简单易于实现,系统的动态性能好而且还能进一步增强系统的抗干扰能力。     

DSTATCOM modelling for voltage stability with fuzzy logic PI current controller

In recent years, applications of inverter based power quality conditioners have been growing for reactive power compensation in distribution systems due to their faster response times as compared to the conventional compensators. Distribution Static Synchronous Compensator (D-STATCOM) is an inverter based power quality conditioner device used to improve the power quality issues in distribution systems. Control of D-STATCOM is usually realized by Proportional-Integral (PI) controllers with fixed parameters. However, the overall control performance may be unsatisfactory due to its nonlinear structure. In this paper, Fuzzy-PI controller which has a nonlinear and robust structure is proposed for control of D-STATCOM’s direct and quadrature axes currents. The article presents the fuzzy logic control of the D-STATCOM which tries to improve the damping of a power system. Simulation of Fuzzy-PI current controlled D-STATCOM is performed by MATLAB/Simulink software. In simulation study, the dynamic response of D-STATCOM is observed by changing the reference reactive current. A comparison of the simulation results between the proposed technique and the conventional PI controller has been presented.     

主蒸汽压力的无模型自适应预测控制

针对火电机组主蒸汽压力被控对象的大惯性、大迟延等特点,采用伪梯度向量的概念,对被控对象进行动态化处理,得到预测模型.提出了1种新型的无模型自适应预测控制(MFAPC)算法,将MFAPC算法用于主蒸汽压力串级控制系统的主调节器中,副调节器采用常规PI控制器.仿真结果表明,MFAPC-PI串级控制系统较常规PID-PI串级控制系统响应速度快、抗干扰性能强,对系统参数时变具有较好的鲁棒性.     

MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)技术已得到广泛运用,但传统基于dq同步旋转坐标系的双闭环PI控制中电流内环需要依赖系统数学模型进行前馈解耦补偿,并且一阶非线性自抗扰控制器设计参数过多、整定困难。针对上述问题,提出了MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略。设计了MMCHVDC的双闭环二阶线性自抗扰控制器,实现了有功和无功功率的完全解耦控制,所设计控制器还具有响应速度快、抗扰能力强以及不依赖被控对象数学模型等优点;为了降低桥臂子模块的开关次数,改进了子模块电容电压平衡控制算法;在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计控制器具有良好的控制性能和电容电压平衡控制算法的有效性。     

基于模糊控制器的直线电机矢量控制系统研究

针对直线感应电动机多变量、非线性、强耦合的控制对象特点,将模糊控制策略应用到转差频率型直线感应电动机矢量控制系统中。采用磁链开环、速度和电流模糊控制的双闭环控制系统,速度和电流调节器采用自调整模糊控制器。对电机在起动和突加负载情况下进行了仿真,结果表明：采用模糊控制双闭环实现的直线电机转差频率型矢量控制系统比PI控制系统具有更强的鲁棒性,系统的稳态性能和动态性能大大提高。     

Load‐following control for dispersed generators using a PI controller

Recently, there has been growing interest in utilizing dispersed generation systems, which are grouped into micro turbine systems, co‐generation systems, and so on, as a substitute for fuel oil energy and a technology to prevent global warming. Since start‐up time of dispersed generation systems is short, it is possible to operate systems to supply load power corresponding to a demand. Moreover, PPSs (Power Producers and Suppliers) can participate in a power retail sales company, since deregulation of electric utilities was instituted in March 2000. However, PPSs have to keep instantaneous generating power commissioning rule, to maintain supply‐and‐demand balance between customer and supplier. Therefore, in this paper, we examine instantaneous generating power commissioning for dispersed generators where start‐up time is short and it is possible to operate systems to supply a power load corresponding to a demand. We adopt a PI controller as a controller. The system is composed of double control loop in inner loop and in outer loop. In inner loop electric power is controlled and in outer loop electric energy is controlled. The controller parameters are designed using the pole‐placement technique. The effectiveness of the proposed control system is confirmed by simulations. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 145(2): 58–66, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10200