负荷模型对饱和系统小扰动稳定域的影响

针对计及励磁饱和环节的最优励磁控制系统,揭示了吸引域和系统分岔的物理意义及其相互关系,基于迭代搜索的计算策略,提出了以椭球吸引域体积为指标确定小扰动稳定域边界的新算法.与传统算法相比,该算法将可镇定扰动与状态空间吸引域的大小建立关联,确定的小扰动稳定域能提供注入空间和状态空间等多元信息.算例分析验证了算法的有效性,计算...     

计及饱和环节的励磁系统吸引域研究

同步发电机励磁系统由于受到物理结构的限制,系统输入含有饱和环节(限幅环节),具有非线性特征。研究发电机励磁系统在计及饱和环节情况下的吸引域,通过Schur补性质将吸引域的求解转化为线性矩阵不等式的求解问题,利用求得的正定矩阵可获得椭球吸引域的3维空间图形,对比多组最优励磁控制律所对应的椭球体位置、体积等信息分析控制律性能及权矩阵对椭球吸引域的影响等相关问题。为获得更大的吸引域,以n维椭球体体积为指标,对多组控制律进行评估和筛选。最后,研究励磁顶值和椭球吸引域体积之间的关系,拟合出两者间定量关系的近似表达式。算例研究表明,提出的方法简单、有效。     

固定增益与变增益最优励磁控制策略的小扰动稳定域研究

在计及励磁饱和环节条件下,利用凸优化技术和迭代搜索方法,提出以非线性系统椭球吸引域体积为指标确定小扰动稳定域边界的新算法。对比分析了其机组在固定增益和变增益线性最优励磁控制下的电力系统的小扰动稳定域,给出了采用固定增益的小扰动稳定有效范围。算例分析验证了所提算法的有效性。结果表明:当系统运行点发生变化时,固定增益控制器的控制效果会下降,偏离给定运行点越远,控制性能下降得越严重,因此,在最优励磁控制下,有必要采用变增益的控制策略,以保证系统的小扰动稳定性。     

计及饱和环节的多机系统吸引域

同步发电机励磁系统由于受到物理结构的限制,励磁电压的输出含有饱和环节(限幅环节),其具有非线性特征。研究发电机励磁系统在计及饱和环节情况下多机系统吸引域的估计问题。采用凸优化方法解出n维椭球吸引域;通过算例分析验证该吸引域的有效性;利用矩阵的奇异值分解法获得正交基后,将n维椭球吸引域投影到正交基向量构成的子空间中,使得椭球吸引域可以用子空间上的3维投影近似描述;为获得多机系统吸引域的特性,在不同励磁顶值配置情况下,研究吸引域体积与励磁顶值、励磁顶值比例增益之间的关系。     

基于域方法的饱和励磁控制器设计

同步发电机励磁系统受到物理结构的限制,励磁电压的输出含有饱和环节,其具有非线性特征。基于域方法,提出饱和励磁控制器的设计思路。首先,利用扩张状态观测器,对模型内部不确定性和外部扰动进行动态补偿,实现非线性系统的反馈线性化;然后,引入饱和指示器,将含饱和环节的线性化模型转化为多面体模型,并将饱和系统的二次稳定性条件用不等式表示出来;引入初始状态域,将初始状态域含于椭球吸引域内的几何关系表示为不等式;最后,为使系统在给定初始状态域、吸引域和线性矩阵不等式区域内满足二次稳定条件,将控制器设计问题转化为双线性矩阵不等式的求解问题。算例研究表明:设计的控制器是有效的,具有优良的控制性能。     

运用静态反馈分析设计离散饱和线性系统

给出了控制饱和单输入状态反馈系统是全局渐近稳定还是区域渐近稳定的充分性条件,且对区域渐近稳定的情况计算其不变吸引椭球,运用Ricatti方程迭代法设计控制器以使所得椭球尽量大;对多输入控制饱和系统输出反馈系统,给出其吸引域的描述;最后用算例说明方法的有效性。     

一种饱和电力系统稳定器控制效果的判断方法

针对饱和线性系统，借助二次型Lyapunov函数，估计稳定域的一个严格子集。同时为了减少保守性，利用矩阵的Schur补性质，将如何选取该二次型Lyapunov函数的问题转化为标准的LMI凸优化问题。将该方法应用于电力系统，提出一种判断饱和PSS控制是否有效的方法。其主要思路是估计出饱和系统的稳定域，通过分析预想扰动的状态量是否位于估计的稳定域内，从而为判断此饱和PSS控制是否能有效镇定预想的扰动提供判据，利用算例验证了方法的有效性。     

不可微环节对电力系统小扰动稳定域的影响

研究了不可微环节对电力系统小扰动稳定域（SSSR）的影响。首先给出一种利用分段函数描述连续但不可微环节的方法,将函数的不可微点转换为该解析式导数的极点。进一步利用该方法并借助一个简单的3节点系统,深入探讨了励磁顶值对系统小扰动稳定性和SSSR的影响。研究发现,励磁顶值会引起系统雅可比矩阵和主导特征值跳变,使系统产生新的Hopf分岔点（振荡模式）;此外,励磁顶值上下限取值不同时,会导致SSSR内产生新的不稳定区域（空洞）,并使SSSR的边界构成复杂化。     

提高电力系统大扰动稳定性的最优分岔控制策略

仿真研究了大扰动参数稳定域ΩLDSR和小扰动参数稳定域ΩSSSR的关系,提出了几个合理的假设,据此假设提出了通过收缩相应故障后小扰动参数稳定域ΩSSSR来近似等效大扰动参数稳定域ΩLDSR的方法。结合上述收缩ΩSSSR的方法,提出了基于最优分岔控制策略的电力系统大扰动稳定控制方案。对WSCC 3机9节点系统采用最优Hopf分岔控制策略,通过3个控制步实现了对发电机励磁增益的优化控制,保证了系统大扰动稳定性;对New England 39节点系统采用最优鞍结分岔控制策略,以发电机励磁参考电压为优化变量进行大扰动稳定控制,结果表明,该控制策略可以有效解决此问题。     

基于分岔理论研究励磁饱和环节对系统电压稳定的影响

以一个3节点电力系统模型为基础,研究了励磁饱和环节及励磁电压顶值对系统电压稳定的影响。采用光滑函数可以对励磁限制器的限制作用进行模拟,但精度不高。采用降低方程组维数的方法进行模拟,即当励磁饱和环节起作用时,设定Efd为励磁电压顶值,并忽略励磁系统暂态方程。使用AUTO 07软件进行算例分析,结果表明随着机械输入功率的增加,考虑励磁饱和环节后,负荷节点电压的运动轨迹将发生明显变化。当系统达到励磁极限并在极限上运行时,励磁顶值的降低将使负荷节点电压随机械输入功率的增加以更快的速度逼近鞍结和Hopf分岔点,此时系统更容易失去稳定。     

电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制

为增强电网故障下双馈风力发电系统(DFIG)的低电压穿越(LVRT)运行能力,提出一种DFIG转子侧变换器(RSC)强励控制策略。在基于定子磁链定向的矢量控制策略中增加多频比例谐振控制器(MFPR),当电网故障造成发电机定子电压跌落时,多频比例谐振控制器能够对转子侧变换器(RSC)的输出励磁电压进行补偿,抑制转子故障电流,实现DFIG的低电压穿越运行。分析了转子电压等级与DFIG的低电压穿越运行区间的关系,为DFIG转子侧变换器的电压等级设计标准提供了参考依据。控制系统结构简单,保证了系统的响应速度,可同时对电网对称跌落和不对称跌落产生的故障电流进行抑制。通过对1.5 MW双馈风力发电机组进行仿真研究,验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

混合励磁双凸极发电机双向励磁调压器的研制

介绍了一种并列式结构的混合励磁双凸极发电机(doubly salient hybrid excitation generator,DSHEG),阐述发电机的结构,建立相应的数学模型,并就混合励磁发电机提出一种能实现励磁电流双向控制的电压调节器,通过调节励磁电流以实现发电机的稳压输出。介绍DSHEG的3种发电方式,分析双极性控制策略调节励磁电流的工作原理和控制环参数对输出电压调节的影响;提出DSHEG的3种发电工作模式,并分析各自的特点。研制的调压器样机的发电调压试验结果表明：研制的调压器实现了双向励磁的控制,具有良好的稳态与动态调压性能,且可推广应用于其他形式的混合励磁发电机。     

交流励磁发电机励磁电源管压降引起的谐波及其消除方法的研究

交流励磁发电机由于能够实现有功、无功和转速的独立调节，在改善超高压电力系统的稳定性以及变速恒频发电等领域有着广泛的应用前景。交—直—交电压源变频器以其优良的输出特性可用作这类发电机的励磁电源。交流励磁发电机励磁电压较低，因励磁主回路器件(如IGBT)自身特性的影响，使得这类变频器在低压输出时，输出电压波形发生严重畸变，导致交流励磁发电机的转子电流谐波增大，定子输出电压、电流谐波增加。该文详细分析了由器件特性引起的谐波增大的机理，提出了管压降补偿的方法。仿真与实验结果均说明分析是正确的，提出的补偿方法是有效的。     

励磁变压器电流不对称原因分析

在详细分析励磁系统中励磁变压器三相电流不对称原因的基础上,对比了由励磁电压源不对称和同步回路故障引起的励磁变压器输出电流不对称的异同,并用仿真的方法进行了验证,即当励磁电压源不对称时,励磁变压器输出电流一相变大,而其他两相变小;而同步回路不正常时,励磁变压器输出电流是一相变小,其他两相或者都变大或者一相变大而另一相几乎不变。这一结论对于分析励磁系统电流不对称原因具有实际的指导意义。     

混合励磁永磁同步发电机的特性分析

当常规的永磁发电机在负载运行时,由于定子电阻、电枢反应的作用,发电机的输出电压随着负载的变化而变化。而混合励磁永磁同步发电机集成了电励磁和永磁两类电机的优点,使得发电机的输出电压可以得到有效的调节。该文从混合励磁永磁同步发电机的电阻、电抗参数入手,分析了各参数对发电机外特性的影响。实验结果验证了分析方法正确有效。     

Control of a polyphase induction generator/induction motor powerconversion system completely isolated from the utility

Two squirrel cage induction machines interconnected via a 20 kHz parallel resonant high frequency (HF) AC link and associated switching pulse density modulated (PDM) power converters are investigated, one operating as a generator and the other as a motor. No capacitors are used for the excitation of the generator or motor. Instead, the real power of the generator is controlled so as to maintain the proper link voltage and match the power between the input and output, Current regulated PDM converters operating via field oriented controllers are used to control both machines. A zero voltage switching technique is utilized with the associated PDM converters. Low harmonic distortion waveforms have been obtained both at the input and output due to the high 40 kHz switching frequency. Link voltage build-up and excitation of the generator by an initial charging circuit, power matching between input and output, and peak link voltage regulation techniques are investigated. Both computer simulations and experimental results demonstrate the feasibility of the proposed system     

基于气隙磁场定向的无传感器交流跟踪励磁控制

为提高电站输出电压的瞬态、稳态性能指标和供电系统的安全及整体性能,采用气隙磁链分析的方法,分析了电压瞬间跌落的成因和大小,结合扩展卡尔曼滤波(EKF)、磁链观测技术和交流跟踪励磁控制技术,对同步发电机非线性状态模型的参数观测、无传感器气隙磁场定位和交流跟踪励磁控制,进行了详细的理论分析.根据具体电站供电系统参数,经过仿...     

混合励磁同步电机新型矢量控制算法研究

在速度分区控制的基础上提出一种混合励磁电机矢量控制算法,该方法综合考虑了负载转矩、励磁电流及母线电压对弱磁基速的影响,在线动态计算弱磁基速。在弱磁区,保持气隙合成反电势恒定,利用励磁电流和d轴电流共同弱磁升速。采用Matlab/Simulink仿真软件建立混合励磁同步电机控制系统,对所提算法进行验证。仿真结果表明该算法可实现混合励磁电机低速大转矩和高速宽调速范围运行。     

强励对交直流混合输电系统暂态稳定裕度的影响

励磁控制系统的强励功能能够在电力系统发生扰动后的短时间内,提供大量的无功功率,迅速恢复电压水平,提高系统的稳定性。电压调节器参数设置直接影响励磁机的强励效果和系统的暂态稳定性。针对2010年南方电网交直流混合输电系统,研究了励磁控制系统电压调节器的最大输出和调压器增益对电力系统暂态稳定裕度的影响。仿真结果表明,当电压调节器的输出电压为最大值时,系统电压暂态稳定裕度没有达到最大;当系统的功角暂态稳定裕度达到最大时,系统电压安全裕度也没有达到最大。     

自动电压控制(AVC)在DCS中的实现与应用

自动电压控制(AVC)是电网安全、优质和经济运行的重要手段.针对现有的无AVC功能的励磁系统,通过分散控制系统(DCS)中的软硬件,接受电网调度能量管理系统(EMS)来的电压指令实现相关的调节逻辑,输出脉冲指令来增减励磁电流,改变发电机无功,从而实现电网自动电压控制.这一方法不仅有效降低电网电压波动幅度和频率,而且简单实用、节约成本,减轻了操作强度.