神经网络逆系统及其在电力系统控制中的应用

阐述和证明了基于输入输出微分方程描述的系统可逆性的充分条件,并给出了相应的解析逆系统的实现方法。文中同时研究了采用积分器和静态神经网络组成动态神经网络结构的方法,并将这种神经网络结构与逆系统理论相结合,提出了神经网络α阶逆系统的结构及其实现步骤,运用该神经网络α阶逆系统对TCSC控制器进行了设计。实际系统的仿真结果证实了所设计控制策略的有效性。     

基于无源控制方法的TCSC控制器及其仿真研究

简要介绍了一类基于无源系统理论的最优控制方法－PBC方法，基于该方法设计了晶闸管控制的串联补偿器（TCSC）无源控制器，由于该控制器中的变量均可实现本地测量，故使其能有效地应用于实际电力系统中，针对川渝电力系统的仿真结果，证明了基于PBC控制器的TCSC可以有效地提高系统的暂态稳定性和传输功率。     

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。     

TCSC控制器设计综述

TCSC用于电力系统可以提高系统的暂态稳定性、阻尼功率振荡,而TCSC要实现这些功能取决于控制器的设计。文章从线性控制方式、非线性控制方式的角度,对TCSC的控制策略研究进行了回顾和总结,重点介绍了目前工程上较为成熟、实用的PID控制及其可能改进的方法,并指出一些控制器可能存在的问题。     

TCSC的H2/H∞控制器设计

基于直接反馈线性化和鲁棒H2／H∞控制理论研究了TCSC的控制设计，对具有TCSC的单机一无穷大系统，建立了含不确定因素的数学模型，采用LMI(线性矩阵不等式)方法，利用MATLAB／LMI工具箱得出H2／H∞控制律。分析表明这种控制方法兼有鲁棒性能和最优性能，提高了电力系统的稳定裕度及传输功率。     

TCSC自适应Terminal滑模稳定控制器设计

该文设计了一种TCSC自适应Terminal滑模稳定控制器,以提高互联电力系统的稳定性。文中建立了含TCSC的两机电力系统的数学模型;控制器设计应用了Terminal滑模控制理论,使误差能够快速收敛,从而取得良好的控制效果;设计中考虑了阻尼参数的不确定以及外扰动的影响;利用MATLAB进行了两机系统的仿真。仿真结果表明,所设计的TCSC自适应Terminal稳定控制器能够快速阻尼功率振荡,提高互联电力系统的稳定性,且效果优于基于逆推法设计的TCSC稳定控制器。     

神经网络逆系统方法在SVC非线性控制中的应用

利用神经网络逆系统方法对系统精确线性化能力和不依赖系统精确参数的特点,考虑电力系统中SVC现有非线性控制方法存在的问题,给出了便于工程应用的复合非线性控制器设计详细过程.并对装设有SVC的两区域四机电力系统进行计算机数字仿真,结果表明基于神经网络逆系统方法设计出的复合非线性控制器可以有效地改善SVC控制性能.     

基于云神经网络自适应逆系统的电力系统负荷频率控制

针对区域互联电力系统受到风电及负荷扰动后,系统频率会出现大幅度波动的问题,提出一种基于云神经网络自适应逆系统的多区域互联电力系统负荷频率控制方法。在分析单一区域电力系统有功输出特性的基础上,建立计及多区域有功输出的互联电力系统负荷频率控制模型。采用自适应逆控制有效解决系统响应和扰动抑制的矛盾。将云模型引入自适应逆系统构建云神经网络辨识器。利用云模型在处理模糊性和随机性等不确定性方面的优势,进一步提高神经网络的辨识能力。仿真结果表明,所设计的云神经网络自适应逆系统不仅可以得到好的动态响应,还可以使风电及负荷引起的扰动减小到最小。     

双馈发电系统的神经网络逆控制

将神经网络逆控制方法应用于双馈发电系统,根据双馈发电机功率控制数学模型推导逆系统模型,合理选择逆控制输入、输出信号,用神经网络实现逆控制算法,将系统分解为有功功率和无功功率的两个单变量线性子系统.运用线性系统综合方法,设计了由PI调节器组成的有功功率和无功功率线性闭环子系统,建立了相应的仿真模型并进行了仿真.仿真结果表明,采用神经网络逆系统控制的双馈发电系统具有较好的性能,不仅能够方便地实现有功功率的控制,而且可独立地提供电网所需的无功功率.     

TCIPC提高系统稳定性的逆系统方法最优控制

可控相间功率控制器(TCIPC)对电力系统潮流控制,提高线路输送能力具有一定的作用,在研究可控相间功率控制器(TCIPC)基本原理的基础上,分析了电感、电容支路对带TCIPC联络线传输功率的控制特性,进行了TCIPC提高系统暂态稳定性的机理分析。基于逆系统方法,将含调谐型TCIPC的非线性电力系统线性化,构造出一个伪线性系统,并且依据线性二次型调节器(LQR)最优控制理论推导出TCIPC的非线性控制规律。搭建了带调谐型TCIPC的单机无穷大系统简化模型进行仿真。仿真结果验证了采用逆系统方法设计的控制策略可以在系统发生大干扰后具有良好的控制性能,能够达到提高电力系统暂态稳定性的作用。     

A nonlinear control for coordinating TCSC and generator excitation to enhance the transient stability of long transmission systems

The transient stability of a long transmission system can be significantly influenced by the action of excitation systems and any TCSC controls installed. This paper presents a coordinated control scheme for excitation systems and TCSC controls for improving the stability of a transmission system, where a power plant is connected with a power grid through long transmission lines. Based on the TCSC equivalent reactance and the modulated active power, a control law for the TCSC is deduced associated with the control law of the excitation system on nonlinear basis. The proposed control scheme is developed upon nonlinear optimal-variable-aim strategies (OVAS). With two pre-selected aims to be achieved during first swings following a fault and in sequent dynamic ranges, coordinated actions of the TCSC and excitation system can be an effective means of enhancing transient stability and damping subsequent oscillations. The effectiveness and robustness of OVAS-based controls are demonstrated with a one-machine system, where the simulations are carried out by the NETOMAC program system. In comparison with a conventional control scheme, significant improvements in dynamic performance of the test system are achieved by the proposed control strategy.     

基于最优变目标策略的TCSC与励磁系统协调控制

发电机励磁系统以及可控串联电容补偿器(thyristor- controlled series capacitor,TCSC)对远距离输电系统的稳定性影响很大。基于最优变目标控制(optimal variable aim control,OVAC)理论,提出了TCSC与励磁系统协调控制的方法。首先针对含有TCSC的单机无穷大系统的非线性模型,建立了状态空间方程;然后利用最优变目标控制理论推导出了TCSC与励磁系统的协调控制规律;最后利用算例进行了仿真验证。仿真结果表明,该策略提高了系统阻尼,有效地抑制了系统的功率振荡,改善了系统的稳定性。     

提高暂态稳定的励磁与FACTS协调策略设计

灵活交流输电系统(FACTS)元件及发电机励磁系统对远距离输电系统的暂态稳定性有很大的影响。该文针对单机远距离与电网互联系统，提出采用非线性最优变目标策略协调设计发电机励磁、可控串补（TCSC）和静止无功补偿器(SVC)，从而提高首摆稳定性及快速阻尼后续振荡。所提协调方案是基于TCSC在故障期间闭锁时，SVC作为TCSC的辅助控制手段，当故障清除后，立即投入TCSC，从而使TCSC、SVC与发电机励磁同时贡献于暂态稳定性。在整个过程中，采用非线性最优变目标控制策略来协调所有控制器，即在暂态稳定第一摆及后续动态过程中预先设定两个目标：其一是励磁与FACTS输出最大，从而保证系统最大的暂态稳定域；其二是当发电机滑差接近于零时，控制器以阻尼功率振荡为目标，以使系统迅速恢复至稳态。最后采用NETOMAC仿真软件在我国阳城—淮阴输电工程中进行了仿真，并与常规PID控制进行了比较。结果表明，所提策略是正确的，有效的。     

基于广域测量的滑模TCSC控制器设计

广域测量系统为电力系统实现网络化控制提供了新的解决方案。文章对基于广域测量信号的可控串补(thyristor controlled series compensator,TCSC)系统进行了分析,建立了基于广域测量的TCSC系统模型。通过引入附加状态变量,将含有时滞的时滞系统转换为不含时滞的离散控制系统,并采用离散滑模控制的方法设计了状态反馈控制器,对克服控制器中的抖振问题提出了有效的解决方法。为验证所提出方法的有效性,对单机无穷大系统进行了仿真计算,表明该方法可以有效保持系统的稳定性。     

含TCSC的电力系统潮流计算研究

为了寻找能够充分考虑FACTS元件对整个电力系统影响的潮流计算方法,在常规的潮流计算基础上,根据可控串联补偿器(TCSC)的工作原理和数学模型,采用节点等效注入功率法处理网络中的TCSC支路,建立了计及TCSC的潮流计算数学模型,并以TCSC所在线路的有功功率为控制目标进行潮流计算。通过潮流结果分析,可以证明该计算方法能够将TCSC的影响考虑到潮流计算中。在采用牛顿-拉夫逊法进行求解时,含TCSC的潮流计算与普通潮流区别不大,编程时做一下改动即可。通过比较,可以得出了在不同的线路安装TCSC后得到不同的潮流结果的结论,并对TCSC的最佳安装地点问题进行简单讨论。IEEE 4节点系统和IEEE14节点系统的仿真验证了该计算方法的有效性。编程采用MATLAB语言,利用稀疏矩阵潮流算法形成导纳矩阵则节省了存储空间,加快了运算速度。     

TCSC模式切换控制方法的研究

可控串联补偿(Thyristor Controlled Series Compensation,TCSC)的模式切换对电力系统的稳定控制具有重要意义,是TCSC的关键问题之一.文章在仿真建模的基础上,提出了一套切实可行的TCSC模式切换策略.通过强制晶闸管支路电流与线路电流同步,实现由容性微调或Block模式到Bypass模式的切换;在由容性微调或Block模式到感性微调的切换策略中提出了容许区间触发的方法.为及时向切换控制提供线路电流同步信号,提出了一种预测电流过零的方法.仿真结果表明,文章提出的切换策略能使切换过程平稳迅速,且动态特性良好,具有较强的实用性.     

Computation of TCSC reactance and suggesting criterion of its location for ATC improvement

Deregulation of power system has brought major changes in the system operation and control. When open access is made available to the market players, one or more lines in the transmission network could be overloaded, thereby causing congestion. Congestion management can be achieved by improving available transfer capability (ATC) of the network. FACTS devices such as TCSC and UPFC have proven their utility for ATC improvement. The active power flow control can be done more effectively by these devices. Their design and installation need the determination of changes in parameters for maintaining the desired power flow in the line causing congestion. This paper proposes a new approach for determination of changes in the reactance of TCSC, required for achieving the desired transfer capability. Sensitivity analysis is used for computing the changes in line flow of the lines with and without TCSC. Also a suitable criterion with a mathematical model for computation of reactance is proposed for selection of a line for the installation of TCSC. Through the results, it is shown that ATC is improved to a specified value by the installation of TCSC in the selected line which has the reactance as computed by the proposed method.     

一种新型的FACTS控制设备实验与性能测试平台

本文构建了一种新型的FACTS控制装置实验与性能测试平台。以可控串补(TCSC)的接入为例,该仿真平台由TCSC控制装置与电力系统全数字实时仿真装置(ADPSS)接口而成。仿真平台用机电暂态模型对大电网建模,用电磁暂态模型对TCSC及其所在的线路建模,通过物理接口箱将TCSC控制装置接入到仿真平台。TCSC控制装置采集功率放大器的输出,根据内置的控制策略发出TCSC的控制信号。ADPSS根据接收的控制信号控制晶闸管模型的状态。该仿真平台不需要对大电网进行任何等值就可以研究FACTS接入后对电力系统的影响。本文给出了TCSC的阻抗控制、潮流控制及阻尼功率振荡控制的实验结果。实验结果表明,本文构建的实时仿真平台是有效的,可以用于研究FACTS装置对电力系统的影响及检测FACTS控制设备的性能。     

TCSC数学模型和控制技术研究综述

随着电网的不断发展,高电压、远距离和大规模互联电网将是必然的发展趋势。可控串联补偿(TCSC)作为柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部分,是未来输电系统的支撑技术,在电力系统中的作用越来越重要。首先介绍了TCSC的基本原理和特点,然后从数学模型和控制方式两方面综述了TCSC研究的主要成果,最后总结了国内外的应用现状,并提出了一些存在的问题和对进一步研究的方向进行了展望。     

Coordinated design of PSS and TCSC to mitigate interarea oscillations

Thyristor controlled series compensator (TCSC) as a promising series flexible AC transmission system (FACTS) device is generally used for controlling the real power flow in transmission lines. It can increase the system stability as the complementary functionality by minimizing the power oscillations. The effectiveness of TCSC in its primary and supplementary applications depends on the selection of its optimal location and defining a proper input signal. In this paper, a new method based on the active power sensitivity approach is applied to find the optimal location of TCSC. In addition, Hankel singular values (HSVs) and right half plane-zeros (RHP-zeros) analyses have been proposed to find the most appropriate stabilizing input signal for the supplementary functionality of TCSC to damp out the interarea modes of oscillation. Finally, the optimal design of power oscillation damper (POD) and simultaneous coordinated design of power system stabilizer (PSS) and POD are implemented separately in a large-scale power system. The tuning problem of POD-TCSC parameters as well as the coordinated POD-TCSC & PSS are converted to a multi-objective optimization problem and solved using particle swarm optimization (PSO) algorithm. The performance of the proposed method has been validated through eigenvalue analysis and nonlinear time domain simulation in a 16-machine 68-bus test system. The simulation results show a satisfactory robust performance with an excellent capability in damping of local and interarea power oscillations.