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。     

计及反馈信号时滞影响的广域FACTS阻尼控制

随着同步相量测量单元(PMU)在电力系统中的广泛应用,开展基于广域测量系统(WAMS)的广域控制的研究具有重要的理论和实际意义。由于远方反馈信号的时滞影响,基于广域信号的闭环电力系统将是一个典型时滞微分动力系统。针对这种时滞微分动力系统,该文提出了一套基于线性矩阵不等式(LMI)理论的广域FACTS阻尼控制器的设计方法。对于高维、时滞电力系统,首先应用Schur降阶算法进行降阶处理,然后在降阶系统上应用LMI理论和遗传算法设计了具有最大允许时滞的广域FACTS控制器,以提高互联电力系统对反馈信号时滞的不敏感性。并将所提出的方法应用于广域SVC控制器的设计。时域仿真结果表明:当考虑反馈输出信号的时滞后,所设计的广域FACTS控制器仍能有效地阻尼10机39节点新英格兰测试系统中的低频振荡。     

含风电的互联电力系统时滞相关稳定性分析与鲁棒阻尼控制

针对大区电网互联和风电接入互联电力系统后面临不同区域电网间的低频振荡问题,提出一种利用广域测量信号来增强互联电力系统区域间功率振荡阻尼的设计方法。基于自由权矩阵方法表示牛顿–莱布尼茨公式,公式可以由线性矩阵不等式进行求解,可以克服利用固定权矩阵带来的保守性。在利用自由权矩阵方法推导得到的时滞相关稳定性判据基础上,设计了广域时滞状态反馈控制器。结合状态观测理论设计了一种新型广域时滞输出反馈控制器。采用平衡截断技术对原系统和控制器进行降阶,实现了对互联电力系统的广域时滞阻尼控制。基于新英格兰测试系统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。     

考虑多机系统广域信号时滞影响的直流附加控制器设计

广域测量系统中由于引入信道、传输协议等环节引起的延迟经过积累将严重影响以广域信号为反馈的控制器动态性能.对此提出一种考虑广域测量系统(WAMS)中信号传输延迟的直流附加控制器.基于线性矩阵不等式方法(LMI)设计考虑时滞影响的直流附加控制器结构;基于粒子群、以控制器时滞稳定域最大为目标函数,对控制器参数进行寻优求解;最后由射影控制理论获得等效的低阶输出反馈控制器.对结果进行了时域仿真分析,并与一种未考虑时滞的控制器进行比较,所得结果均证明LMI方法设计的直流附加控制器的有效性.     

基于参量Lyapunov理论的广域时滞阻尼控制器设计

针对联络线可能存在的功率低频振荡,采用广域测量数据并选择合适的反馈信号实现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广域测量信号时滞,并基于参量Lyapunov理论设计得到了一种新型的广域时滞阻尼控制器,控制器控制律和参数值可以通过参量Lyapunov方程直接得到。基于4机2区仿真模型建立了互联电力系统研究模型,时域仿真表明,所提的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼互联系统区间振荡。     

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。     

基于史密斯预估器的互联电网区间阻尼控制

针对广域信号存在时延的问题,提出一种基于史密斯预估器的附加励磁控制器设计方法。该方法在设计阶段采用统一史密斯预估器消除时滞对控制系统的影响,附加励磁控制器的设计采用标准 H ∞ 混合灵敏度方法,通过求解具有闭环区域极点约束的线性矩阵不等式得到控制器参数。基于该方法设计的控制器被用于2区域电力系统进行仿真,结果表明,即使在广域反馈信号发生时滞的情况下,该附加励磁控制器仍能有效提高电力系统区间振荡模式的阻尼,具有很强的鲁棒性。     

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。     

基于模糊控制的广域阻尼控制器设计

针对互联电力系统低频振荡问题,提出了一种用广域反馈信号作为附加稳定信号的励磁控制器的设计方法。广域信号传输存在的通信时滞用模糊控制方法进行补偿。描述了确定模糊推理规则的方法,首先分析模糊逻辑控制器的输入量和理想输出量,根据输入量和输出量之间的关系确定模糊论域、隶属度函数和模糊推理规则,从而建立模糊逻辑控制器。用Matlab/Simulink软件对4机2区域系统进行仿真,测试模糊广域阻尼控制器性能。仿真结果表明,所设计的控制器能补偿通信过程中存在的较大时滞,增加互联电力系统阻尼。仿真结果验证了模糊控制具有较好的鲁棒性和适应性。     

基于广域测量信号的电力系统稳定器的设计

考虑了广域测量系统中信号传输过程中存在时滞,将控制器的设计分为了基于本地信号和基于广域测量信号两部分,其中基于本地信号的时滞可以忽略,而基于广域测量信号的时滞不能忽略。建立了包含时滞的电力系统模型。运用Lyapunov泛函理论推导出时滞依赖稳定性的判定方法,并使用LMI方法对时滞依赖稳定条件进行判定。最后以两区四机系统为例,说明了所设计的控制器的有效性。     

基于LMI的时滞电力系统双层广域阻尼控制

针对时滞电力系统提出一种新型建模方法,并且对其进行了广域附加区间阻尼控制的双层控制设计。直接采用时滞系统控制理论克服广域信号的时滞对闭环电力系统稳定性的不良影响。第一层控制,对无时滞电力系统施加计及时滞的输出反馈控制,形成时滞闭环系统。第二层控制,利用时滞系统的控制理论,采用线性矩阵不等式方法,求解状态反馈矩阵和观测器增益矩阵,进行反馈控制。10机39节点算例测试系统上的仿真结果表明,基于该方法设计的附加区间阻尼控制器,具有一定的时滞不敏感性,鲁棒性强,能够较好地抑制区间振荡。该方法为关于时滞系统的控制理论在广域附加区间阻尼控制中的直接应用搭建了平台,提供了可行性。     

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。     

多机系统发电机时滞反馈励磁与STATCOM的非线性鲁棒协调控制

广域反馈信号的时滞性使得包含广域信号的电力系统变成时滞动力系统。利用Pade近似逼近时滞环节,将时滞影响隐含在系统动态方程的系数中,静止同步补偿器(STATCOM)的动态特性用一阶微分方程形式的可控无功电流源表示,推导了含多台STATCOM的多机系统的电磁功率表达式。基于伪广义Hamilton系统理论,将包含STATCOM和时滞反馈励磁的多机系统表示成伪广义耗散Hamilton系统形式。利用L2干扰抑制控制方法得到考虑广域信号时滞性及转移电导的发电机励磁和STATCOM的协调控制策略。4机2区域系统的仿真结果表明,与传统的分散控制器相比,所提考虑时滞影响的非线性鲁棒协调控制器能够有效地抑制系统振荡,且具有一定的时滞不敏感性。     

基于ε—权衡“阻尼—时滞”电力系统广域阻尼控制

在解决电力系统区间低频振荡时存在广域信号延迟问题,对系统稳定运行带来巨大影响。针对此问题,首先建立时滞电力系统降阶数学模型;然后提出一种基于权衡的思想实现广域阻尼控制,通过利用线性矩阵不等式（LMI）工具箱并借助李雅普诺夫时滞稳定性判据求解广域阻尼控制器（WADC）参数,再利用时滞分割间接方法证明系统的稳定性,并对系统阻尼特性进行分析。最后以四机两区模型为例进行仿真,结果表明在约6 s时转子角和有功功率基本趋于稳定,相比其他常用广域阻尼控制器方法有效地改善电力系统阻尼稳定性。     

计及时滞影响的广域附加阻尼控制

针对广域测量信号的时滞对系统动态性能的不利影响,提出了一种电力系统广域附加区间阻尼控制器设计的直接迭代方法。由已知的线性矩阵不等式定理,推得一种作为时滞系统渐近稳定性判据的基于状态反馈的矩阵不等式定理。利用变量替换法,将定理中的非线性矩阵不等式转变为线性矩阵不等式,进而将阻尼控制器设计转化为隶属于线性矩阵不等式的锥补问题并进行迭代求解。该方法可直接获得状态反馈控制矩阵,并具有良好的收敛性。测试系统的仿真结果表明,广域附加区间阻尼控制器,具有一定的时滞不敏感性,能够较好地抑制区间振荡。     

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。     

考虑广域测量时滞的广义预测电网阻尼控制

针对大型电力系统模型的复杂性和时变性使得离线计算结果可靠度不高的问题,利用广域测量条件下数据实时同步高速采集的优点,将广义预测控制理论应用于电网阻尼控制系统,提出一种适用于广域测量条件的电力系统阻尼控制器设计方案,以实现系统的实时监测、滚动优化和反馈控制。该方案引入预估补偿器以克服远方反馈信号的时滞对控制性能的影响;通过在线辨识参数不断修正广义预测控制器模型和预估器参数进行优化控制,达到改善互联电网阻尼、抑制低频振荡的目的。基于EPRI 36节点系统和国内某实际电网的仿真试验结果证实了控制方法的有效性。     

基于参数化方法的时滞电力系统控制器设计

为消除时滞对现代电力系统的负面影响,研究在时滞条件下,电力系统的动态输出反馈控制器的设计问题.利用自由参数矩阵对闭环系统进行适当变换,并结合Lyapunov-Krasovskii泛函得到了时滞电力系统控制器的存在性判据;之后采用参数化的方法,将控制器参数与泛函参数的解归结为线性矩阵不等式(LMI)形式,克服了求解非凸优化问题所产生的保守性.通过仿真结果表明,动态输出反馈控制器具有一定的时滞不敏感性,提高了电力系统的稳定性.     

含积分二次型的电力系统改进时滞稳定判据

在进行电力系统广域控制器设计时,需要科学考虑量测与控制环节时滞的影响。已有的时滞稳定判据多基于Lyapunov稳定性理论得到,具体的方法就是通过构造Lyapunov泛函,然后进行放缩得到充分性条件,由此决定时滞稳定判据必存在一定的保守性,如何有效降低稳定判据的保守性就成为该领域长期关注的一个热点问题。首先在已有Lyapunov函数中引入积分二次型,从而构造了一种新的Lyapunov函数;进一步,借助线性矩阵不等式(LMI)工具推导了相应的改进时滞稳定判据;最后,借助典型二阶时滞系统、单机无穷大时滞电力系统和带有远程反馈控制回路的WSCC 3机9节点电力系统,对所提方法进行了校验分析。算例表明通过引入积分二次型,时滞稳定判据的保守性得到显著降低。