直流广域自适应阻尼控制器设计与RTDS实验

传统的阻尼控制器较难适应系统结构与运行方式的变化,导致电网的低频振荡现象仍然时有发生.设计了一种基于广域动态信息的自寻优自适应阻尼控制器.该控制器使用改进的Prony算法,在线分析得到系统弱阻尼区间振荡模式的阻尼比,并据此通过自寻优的方法调整控制器的参数.该方法避免了现有自适应阻尼控制方法中存在的系统降阶模型辨识的困难,其控制效果通过在南方电网直流调制中的仿真应用得到了验证.进一步,实现了该直流自适应阻尼控制器的软硬件系统,并在基于实时数字仿真器(RTDS)与广域测量系统物理装置的实验平台上进行了测试.闭环控制实验结果说明了此自适应策略的有效性及广域阻尼控制的可行性.     

基于模糊自适应PID的广域阻尼控制

广域测量系统提供的发电机转速信号用于附加励磁控制以便改善电力系统阻尼。根据电力系统低频振荡的特点,提出用PD(proportional-derivative)环节补偿广域信号时滞。模糊推理系统根据发电机之间转速差及其导数的大小自适应调节控制器增益;研究了实用的模糊子集和模糊规则表,给出了确定模糊变量取值范围的方法,并用粒子群优化算法确定控制器参数。通过4机2区域电力系统仿真,测试了广域阻尼控制的性能。仿真结果表明,这种广域阻尼控制能有效补偿通信时滞、改善互联电力系统的阻尼。     

应用信赖域法的广域阻尼控制器参数协调优化

传统阻尼控制器参数设计方法依赖系统线性化模型,无法计及系统非线性因素的影响;信赖域法具备局部的超线性收敛性和总体收敛性。提出并实现了用于广域阻尼控制器结合参数设计的新方法,结合非线性时域仿真技术与信赖域方法,解决了优化目标函数构造、控制参数初值获取和信赖域法子问题模型获取3个子问题,实现了多运行方式下、多个广域阻尼控制器的参数协调优化。通过阻尼东北与华北、山东电网之间机电振荡的控制器参数优化验证了算法的有效性。对比单一方式下的优化参数,多方式下的联合优化参数对各种方式均有良好的控制效果。     

考虑时滞的电力系统广域阻尼控制优化设计

广域阻尼控制器输入的广域信号在实际采集传输过程中存在不可忽略的时延,会恶化广域阻尼控制器的阻尼性能。针对广域信号存在时延的问题,提出一种考虑时滞的广域阻尼控制器优化设计方法。首先,建立开环电力系统的线性化模型,通过几何测量法选择广域阻尼控制器的安装地点以及反馈信号。然后,将模型进行降阶处理,基于降阶处理后的模型设计统一Smith预估器,从而消除时延对电力系统的影响。最后,采用粒子群算法对广域阻尼控制器进行优化设计,通过运行粒子群算法得到广域阻尼控制器参数。该方法不仅可以消除时滞的影响,还能利用粒子群算法的自动寻优功能保证广域阻尼控制器的鲁棒性,同时该算法采用个体局部信息和群体全局信息的协同搜索,具有搜索速度快的特点。以新英格兰10机39节点系统为测试系统进行仿真验证,结果表明,即使广域信号存在时滞的情况下,该控制器仍然能有效地提高电力系统区间低频振荡模式的阻尼,从而验证了该方法的有效性。     

模糊无模型自适应控制器在CFB锅炉主蒸汽压力控制中的仿真研究

针对火电厂循环流化床(CFB)锅炉主蒸汽压力控制系统大惯性和大滞后的特点,利用无模型自适应控制(MFAC)对大惯性、延迟适应性和模糊控制适应性强的优点,设计了模糊无模型自适应控制器,并采用Matlab仿真软件对该控制系统进行了仿真.结果表明,模糊MFAC方法计算量小,响应速度快.与基本无模型控制器相比,模糊无模型自适应控制器具有鲁棒性好、抗干扰能力及对负荷的适应性强等优点.     

计及广域信号时变时滞影响的大型双馈风力发电系统附加鲁棒阻尼控制

大规模风电接入互联电力系统可能会导致电网联络线上严重的功率振荡。大型双馈风力发电系统能独立控制有功和无功功率,可以通过将控制信号附加到有功功率控制环节来调节输出的有功,以此用来阻尼系统功率振荡。针对系统中可能存在的功率振荡,采用广域测量数据并选择合适的反馈信号实现了快速的广域时滞阻尼控制。在建立的电力系统线性化模型中考虑了广域测量信号时滞。基于自由权矩阵方法获得了线性化模型标准化时滞鲁棒控制方法,可以由线性矩阵不等式进行求解。在此基础上,设计得到了广域时滞状态反馈控制器。控制器参数可以通过所提出的LMI迭代算法优化得到。结合状态观测理论获得了一种新型广域时滞输出反馈控制器。基于四机两区域仿真模型建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。     

基于多运行方式的广域阻尼控制器协调设计方法研究

广域阻尼控制是抑制大电网低频振荡的重要手段,针对现有关于广域阻尼控制的研究大多基于简单系统,且大多基于单一运行方式设计控制器参数,在大电网及多运行方式下存在应用困难的不足,提出适用于大电网的广域阻尼控制器设计方法。首先,提出基于频域子空间辨识理论的广域阻尼控制器参数频域设计方法,该方法不需要实际系统建模,基于实测方法完成阻尼控制器参数设计,且方法实施过程简单有效,便于工程应用;然后提出基于遗传算法的广域阻尼控制器多运行方式协调设计方法,利用遗传算法多目标函数协调优化功能保证了控制器在多运行方式下的鲁棒性,同时算法实施过程不依赖于系统的详细模型,因此适用于实际大电网应用;最后,在上述研究基础上提出广域阻尼控制设计流程,为广域阻尼控制技术在实际电网中的应用提供解决方案。通过实际电网的实例验证方法的有效性及在实际电网中应用的可行性。实例分析表明,使用该文方法设计的广域阻尼控制器,系统阻尼特性大幅提升,该方法还具有适应多运行方式的特点,适用于大型互联电网的实际工程应用。     

基于开关控制的电力系统广域阻尼控制器

研究了广域阻尼控制器以改善互联电力系统的阻尼和动态稳定性,提出了发电机励磁系统的广域控制算法。该算法用开关控制实现来自远方发电机的转速反馈控制,且考虑了通信时滞。该算法能减小通信时滞的不利影响。励磁系统的广域阻尼控制器以该算法为基础且包含超前-滞后网络。通过4机2区域系统的三相短路故障的数字仿真,测试了该广域阻尼控制器的性能。仿真结果表明,该广域阻尼控制器能改善互联电力系统的动态稳定性。     

基于遗传粒子群算法的双馈风电场广域阻尼控制器优化设计

介绍了双馈风力发电系统的广域阻尼控制策略和控制器结构,在此基础上,分析了遗传算法和粒子群算法的各自特点,综合两种算法的优势,给出了遗传粒子群算法,利用遗传粒子群算法优化得到了广域阻尼控制器参数。以含150 MW容量双馈风电场的四机两区域互联电力系统为对象,仿真验证了所设计的广域阻尼控制器的控制效果。     

基于无模型自适应控制的主汽温控制系统

基于MFAC(无模型自适应控制)理论,针对电厂主汽温被控对象的大惯性、大滞后特点,充分发挥PID抗干扰性强和MFAC对惯性、延迟适应能力强的优点设计了MFAC -PID控制系统。仿真研究表明,该方法的控制效果优于常规的PID控制,能适应对象参数的变化并表现出良好的控制品质,具有较强的鲁棒性和自适应能力。     

基于广域测量信息的互联电网模型预测阻尼控制

提出一种基于模型预测控制的新型阻尼控制器设计方法。为抑制区间低频振荡,该控制器由2级PSS构成,其输入信号由广域测量信号和本地测量信号组成。采用留数矩阵法选择广域控制回路,通过模式辨识进行2级PSS控制。将常规励磁系统中传统的自动电压调节器(automatic voltage regulator,AVR)用模型预测控制器(model predictive controller,MPC)替代,并与2级PSS协调作用,通过模型预测和优化求解,得到励磁控制器的最优控制输入,以实现电压调节和增强阻尼之间的动态协调。典型的四机两区系统仿真结果表明,基于模型预测控制的2级PSS设计的控制效果明显优于传统的阻尼控制,可以快速调节机端电压,显著改善互联电网阻尼。     

基于广域测量信息的互联电网模型预测阻尼控制北大核心

提出一种基于模型预测控制的新型阻尼控制器设计方法。为抑制区间低频振荡,该控制器由2级PSS构成,其输入信号由广域测量信号和本地测量信号组成。采用留数矩阵法选择广域控制回路,通过模式辨识进行2级PSS控制。将常规励磁系统中传统的自动电压调节器(automatic voltage regulator,AVR)用模型预测控制器(model predictive controller,MPC)替代,并与2级PSS协调作用,通过模型预测和优化求解,得到励磁控制器的最优控制输入,以实现电压调节和增强阻尼之间的动态协调。典型的四机两区系统仿真结果表明,基于模型预测控制的2级PSS设计的控制效果明显优于传统的阻尼控制,可以快速调节机端电压,显著改善互联电网阻尼。     

广域阻尼控制器和STATCOM控制器协调设计

为了改善互联电力系统阻尼,研究了广域阻尼控制器和静止同步补偿器(STATCOM)的控制器参数全局优化方法.首先介绍了广域阻尼控制器和STATCOM及其控制器数学模型,然后描述了改进的细菌觅食优化(BFO)算法.用Matlab编程,按BFO方法优化控制器参数以使ITSE型适应度值最小.适应度值是通过解电力系统微分-代数方程求得.10机39母线新英格兰系统被用于测试协调设计方法.仿真测试表明,广域阻尼控制器和STATCOM控制器的协调设计能增强电力系统动态稳定性.     

基于MFAC附加阻尼控制器的次同步振荡抑制方法

为解决当前次同步振荡抑制措施中常用的传统附加阻尼控制器存在建模精度不足、适应性差等问题，本文引入了一种基于无模型自适应控制的附加阻尼控制器。该控制器采用偏格式或全格式动态线性化数据模型，通过系统I/O数据估算系统伪梯度，由预测器输出附加阻尼控制信号，作用在双馈风机转子侧变流器的q轴参考电压信号中，并提出了基于粒子群算法的控制器参数优化设计方法。仿真验证了所提控制器具有较强的适应性，在线路串补度、风速等工况条件改变时能维持良好的次同步振荡抑制效果，在所有测试工况下均优于传统附加阻尼控制器和采用紧格式动态线性化的无模型自适应控制器。     

基于振荡能量下降原理的UPFC模糊控制器设计

研究了自适应统一潮流控制器(U PFC)模糊逻辑辅助阻尼控制器的设计方法。从振荡能量函数角度分析了U PFC安装线路的功率振荡特性,提出了以降低振荡能量为控制目标的阻尼控制策略。控制器以U PFC线路的功率为输入信号,通过对系统运行状态和控制效果进行评判,应用模糊规则自适应地调节控制参数,实现对系统功率振荡的有效抑制。控制器设计不需要系统的精确模型和参数。在10机新英格兰测试系统上的仿真研究表明,该控制器控制效果明显优于线性控制器,能有效抑制系统低频振荡,提高电力系统的动态稳定性水平,且具有较强的鲁棒性。     

交直流混联系统非线性自适应广域附加控制器的设计

为了提高交直流混联系统的暂态稳定性,设计了基于高压直流输电(High Voltage Direct Current, HVDC)大信号调制方式的非线性自适应广域附加控制器(Nonlinear Adaptive Wide-area Supplementary Controller, NAWSC)。该控制器利用扰动观测器估计和补偿实际系统中的非线性动态,无需精确模型,解决了模型不确定时稳定控制措施不易设计的难题。同时,该控制器通过整合广域功角信息得到的系统等值功角进行输出反馈,直接实现暂态稳定控制。在四机两区域交直流混联系统和10机39节点交直流混联系统中进行仿真。结果表明：在不同运行工况下,NAWSC相对于比例积分型广域附加控制器具有更好适应性;在参数不确定下,NAWSC相对于基于精确模型的反馈线性化广域附加控制器具有更好的控制鲁棒性。所设计NAWSC可以提高HVDC暂态调节能力。     

基于PSS和SSSC的风火打捆输电系统暂态稳定性研究

随着大规模风电基地的逐渐形成,风电需要与火电打捆后经过远距离输送到负荷中心。风火打捆高压远距离接入电网系统中,必然会改变系统的阻尼特性。电力系统稳定器(PSS)和静止同步串联补偿器(SSSC)附加阻尼控制可以提高电网系统的阻尼特性。为了研究风火打捆高压输电系统的暂态稳定性,以及PSS和SSSC附加广域阻尼控制对风火打捆输电系统阻尼特性的增强作用,分别建立了风火打捆输电系统模型,PSS模型、SSSC广域阻尼控制器模型。通过时域仿真分析,表明风火打捆输电系统的阻尼特性较弱;通过在系统中装设PSS和SSSC广域阻尼控制器,能有效抑制由于输电区域的扰动而导致的低频振荡,系统阻尼大大增加。     

基于模型参考模糊自适应控制的永磁同步电机控制器设计

基于模型参考模糊自适应控制(MRFAC)方法设计永磁同步电机(PMSM)速度控制器.该控制器具有传统模型参考自适应控制构架.传统模型参考自适应控制系统中的反馈控制器和常规自适应机构分别由主模糊控制器、模糊自适应机构替代,模糊逆模型结合自适应调整算法构成的模糊自适应机构对主控制器参数进行实时调整,以达到快速适应对象参数和状态变化的目的.利用模块化建模工具Matlab/SimuIink建立PMSM控制系统模型.仿真结果表明了所设计控制器运行平稳,具有良好的动、静态特性.     

电力系统多新息随机梯度模型辨识与自适应时滞阻尼控制

提出了基于多新息随机梯度模型辨识算法的电力系统广域自适应阻尼控制器设计思想。通过对实测输入输出信号进行在线辨识获得了含有互联电力系统全部关键机电振荡模式的精确开环模型;基于自由权矩阵方法研究了广域电力系统时滞相关稳定性条件,基于相关定理设计了状态反馈控制器,利用线性矩阵不等式可以方便求解得到时滞电力系统最大时滞上限。在此基础上,结合状态观测理论实现了互联电力系统的时滞输出反馈控制。针对典型的IEEE四机两区域互联电力系统的时域仿真表明,多新息随机梯度算法可以快速、准确的获得电力系统的开环模型,基于辨识所设计的广域自适应阻尼控制器能够显著地抑制系统低频振荡,提高互联电力系统阻尼和动态稳定性。     

基于PCHD模型的APF自适应模糊无源控制研究

为改进有源电力滤波器APF的电网电流补偿效果,基于APF的端口受控哈密顿(PCHD)数学模型,采用互联和阻尼配置无源控制(IDA-PBC)方法,设计了通过模糊控制实现注入阻尼在线调整的无源混合控制器。同时,为提高APF的直流侧电压控制能力,采用自适应模糊PI控制器,实现比例系数与积分系数的在线调整。利用所提出的控制器,可有效补偿电网电流,抑制负载电流谐波,使电网电流为近似正弦波;同时,获得更好的直流电压动静态性能。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建APF自适应模糊无源混合控制器的仿真模型,对APF的谐波补偿性能进行了仿真实验研究。仿真结果表明所提出的自适应模糊无源混合控制策略是可行的。