非线性PID控制器在超导磁储能装置中的应用研究

非线性比例-积分-微分(Nonlinear Proportion-Integral-Differential,NLPID)控制是一种利用非线性跟踪-微分器和非线性组合方法对线性PID控制进行改进的新型控制策略,它具有不依赖于被控系统模型的特点.作者设计了用于电力系统超导磁储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)装置的NLPID控制器,该控制器通过对由跟踪-微分器提取的转子角速度和机端电压的偏差及其微分和积分信号分别进行适当非线性组合,产生用于协调控制SMES和系统之间的有功和无功功率交换的控制信号.仿真结果表明该NLPID控制器具有较好的适应性和鲁棒性,且改善了系统的阻尼特性,提高了系统电压的稳定性.     

基于DRNN的超导磁储能装置自适应PID控制

提出使用自适应PID控制的方法进行超导磁储能装置控制器的设计,这种控制方法由DRNN(对角回归神经网络)在线辨识系统特定参数,不需要建立系统参考模型,而使得闭环系统的误差信号趋于最小.仿真表明DRNN能够通过梯度下降法自学习,辨识系统的特定参数,速度较快.与传统的控制方法相比,其控制效果好,且结构简单,较易实现.     

基于DRNN的超导磁储能装置自适应PID控制

提出使用自适应PID控制的方法进行超导磁储能装置控制器的设计,这种控制方法由DRNN(对角回归神经网络)在线辨识系统特定参数,不需要建立系统参考模型,而使得闭环系统的误差信号趋于最小。仿真表明DRNN能够通过梯度下降法自学习,辨识系统的特定参数,速度较快。与传统的控制方法相比,其控制效果好,且结构简单,较易实现。     

超导电力磁储能系统研究进展(一)——超导储能装置

交介绍了超导磁储能装置（SMES）的基本原理、系统组成和发展状,阐述了具有高效、快速响应、能与系统独立进行四象限交换有功和无功功率等特性的SMES在电力系统中应的重要意义,概述了SMES的应用前景和需要进一步解决的若干问题。并针对我国SMES研究的现状提出了一些建设性意见。     

超导磁储能装置的功率控制

以电流源型和电压源型变流器作为研究对象,探讨了可对电流源型变流器和电压源型变流器交流侧电流的幅值和相位进行有效控制的SPWM开关策略。在此基础上,研究了能够按照系统要求对2种超导磁储能装置进行有功和无功功率调节的功率控制方法。仿真结果表明所研究的功率调节方法能够在四象限内进行超导磁储能装置输入输出有功和无功功率的快速解耦控制,仿真同时验证了所研究的功率控制策略的正确性和可行性。     

超导磁储能装置的功率实时控制

以电流源型和电压源型变流器作为研究对象,探讨了可对电流源型变流器和电压源型变流器交流侧电流的幅值和相位进行有效控制的SPWM开关策略,在此基础上,研究了能够按照系统要求对两种超导磁储能装置进行有功和无功功率实时调节的功率控制方法。     

超导磁储能装置在风电系统控制中的应用

超导磁储能装置(SMES)是将超导技术、电力电子技术、控制理论和能量管理技术相结合的一种新型储能装置。在实时补偿系统中,由于各种原因会产生不平衡功率,SMES从这一新的角度出发考虑提高电力系统稳定性的问题。理论研究表明,SMES是一种提高电力系统稳定性的非常有效的新措施。为促使这一理论的广泛应用,同时进一步提高SMES的可靠性,研究将超导磁储能装置应用于风电场,以稳定系统输出;在此基础上,对风电场中超导磁储能装置的信号选取和控制策略等关键技术进行研究,阐述了未来的发展趋势。     

超导电力磁储能系统研究进展(一)——超导储能装置

介绍了超导磁储能装置（SMES）的基本原理、系统组成和发展状况,阐述了具有高效、快速响应、能与系统独立进行四象限交换有功和无功功率等特性的SMES在电力系统中应用的重要意义,概述了SMES的应用前景和需要进一步解决的若干问题,并针对我国SMES研究的现状提出了一些建设性意见。     

超导磁储能与发电机励磁的多指标非线性协调控制

采用多指标非线性控制设计方法对SMES与汽轮发电机的励磁进行协调控制设计。多指标非线性设计方法通过恰当地选择输出函数来改变闭环系统的特征根位置，以获得良好的系统控制性能。设计表明，采用多指标非线性控制设计方法能很好地解决高维、多输入多输出非线性控制系统的非线性控制设计问题。仿真结果表明，所设计的控制规律能很好的兼顾系统各状态量的动、静态特性，有效提高系统的稳定运行能力，明显提高系统各输出量的控制精度。     

基于反馈线性化的超导磁储能装置控制器研究

以含超导磁储能SMES(SuperconductingMagneticEnergyStorage)装置的单机无穷大电力系统为研究对象,建立了其非线性数学模型。在此模型基础上,提出了一种基于反馈线性化方法和线性最优控制理论的SMES控制规律的简便设计方法。一个重要的特点是:在所构成的线性系统中,通过坐标变换引入了发电机机端电压,因此,可以方便地实现使用SMES同时对系统的功角和电压稳定进行控制。仿真结果表明该控制器对改善系统的阻尼特性和提高系统的电压稳定性都具有良好的控制效果,同时也验证了该控制器的可行性。     

超导磁储能系统抑制风力发电功率波动的研究

建立含超导磁储能装置(SMES)的单机无穷大系统的Phillips-Heffron模型,导出含SMES电力系统总的电磁转矩表达式,从理论上分析SMES对增强系统阻尼的作用.并设计了SMES非线性比例积分微分控制器,数字仿真结果验证了SMES阻尼系统功率振荡的特性,同时表明该控制器具有较好的鲁棒性.     

基于NCD工具箱的非线性系统PID控制器优化设计

介绍了一种采用非线性控制设计模块(NonlinearControlDesignNCDBlockset)设计非线性系统PID控制器的先进方法 ,并结合具体实例给出了仿真实验结果和结论。     

超导磁储能装置中的变流器的实验规程研究

超导储能装置(SMES)的变流器目前没有统一的实验规程.考虑到SMES变流器主要完成大容量的功率交换功能,本文探讨了变流器稳态和动态特性、电压电流波动、变流器均衡度、电磁干扰等重要的电磁问题,结合要考核的变流器的其它电磁问题,初步提出了SMES变流器的实验规程.该实验规程借鉴了一些常规变流器的测试方法,增添了对于SMES变流器来说很重要的一些电磁特性的测量方法和测量程序,形成了一个较为全面的SMES变流器的实验规程.     

基于反馈线性化的TCSC非线性PID控制

非线性比例积分微分(PID)控制是一种利用非线性跟踪-微分器和非线性组合的方法对线性PID控制器进行改进的新型控制策略,它具有不依赖于被控系统模型的特点,对系统工作点和网络结构的变化具有良好的鲁棒性,而且结构简单、易于实现。在反馈线性化的基础上,将非线性PID理论应用到可控串补(TCSC)的控制器设计中。仿真结果表明:设计的控制器较常规控制器对系统运行具有更好的适应性和鲁棒性。     

Interconnected power systems with superconducting magnetic energy storage

The objective of this work is to discuss the concept of back‐to‐back interconnection systems with energy storage, especially with a Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) incorporated into a back‐to‐back DC link. In this case, each converter of the back‐to‐back system is used as a power conditioning system for the SMES coils. Since the AC–DC converter can be designed independently of the frequency of the power system, a two‐way switch is connected to the AC side of each converter. This two‐way switch can select the interconnected power systems. By using the two‐way switches, this system can provide the stored energy in the SMES system to each interconnected power system through two AC–DC converters. For instance, lower‐cost power of each power network can be stored through two converters during the off‐peak hours and made available for dispatch to each power network during periods of demand peak. Then this system increases the reliability of electric power networks and enables the economical operations depending on the power demand. This paper describes the unique operations of the back‐to‐back interconnection with SMES and discuses the optimal SMES configuration for a 300‐MW‐class back‐to‐back interconnection. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 164(2): 37–43, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20482     

基于哈密顿系统理论的超导储能装置控制器的设计

针对电力系统非线性的特点，将电力系统中的一类仿射非线性系统转换为标准的哈密顿系统，进行了超导储能SMES（Superconducting Magnetic Energy Storage)有功功率的控制设计，对无功功率用传统的比例环节进行设计，基于受控哈密顿系统理论，建立了SMES装置的端口受控哈密顿PCH（Port Controlled Hamiltonian)模型，针对系统的外界干扰和参数不确定性，采用自适应KL2增益控制设计方法设计了含有SMES装置的单机无穷大电力系统的自适用L2增益控制器。仿真结果表明，采用基于哈密顿系统理论的自适应L2增益控制方法对SMES有功功率的设计，利用传统的比例积分PI（Proportion Integration)控制器进行无功功率控制，能够有效地抑制干扰，显著地改善系统的动态性能。     

超导储能在并网直驱风电系统中的应用研究

针对直驱风电系统并网运行过程中存在的输出有功功率波动和低电压穿越问题,在变换器的直流环节并联超导储能系统。对超导储能系统的斩波器提出双闭环加脉冲判断的控制策略,确保超导磁体线圈电流水平,使超导储能系统可以快速、准确地充放电,从而稳定直流环节功率。同时,通过引入谐振控制器的方法,对网侧变换器的控制策略进行改进,实现电网电压不对称跌落情况下,负序分量引起波动的有效控制。仿真结果表明,采用上述方案后直驱风电系统向电网输送较为平滑的有功功率、低电压穿越能力得到了提升。     

超导储能用电压型大功率换流器技术

在500 kVA超导储能系统研制中,为了选择合适的功率变换电路拓扑,使系统具有更高的电压等级和灵活性,比较了近年来国内外采用的几种电压型换流器。针对超导储能特点及其在电力系统中承担电能质量调节的要求,分析了传统2电平桥式换流电路、中点钳位型多电平换流电路以及级联型多电平换流电路的性能。分析结果表明,对于大功率超导储能装置,级联型多电平换流电路在电压等级、控制精度及结构灵活等方面均优于另外2种换流器拓扑,采用级联型换流器的超导储能系统实现了模块化构造,可以实现系统冗余及容错运行。仿真结果证实模块化超导储能系统能够在较低工作频率下精确控制电压质量。     

A fuzzy logic controlled superconducting magnetic energy storage,SMES frequency stabilizer

This paper presents application of fuzzy logic controlled superconducting magnetic energy storage device, SMES to damp the frequency oscillations of interconnected two-area power systems due to load excursions. The system frequency oscillations appear due to load disturbance. To stabilize the system frequency oscillations, the active power can be controlled via superconducting magnetic energy storage device, SMES. The error in the area control and its rate of change is used as controller input signals to the proposed fuzzy logic controller. In order to judge the effect of the proposed fuzzy logic controlled SMES, a comparative study is made between its effect and the effect of the conventional proportional plus integral (PI) controlled SMES. The studied system consists of two-area (thermal–thermal) power system each one equipped with SMES unit. The time simulation results indicate the superiority of the proposed fuzzy logic controlled SMES over the conventional PI SMES in damping the system oscillations and reach quickly to zero frequency deviation. The system is modeled and solved by using MATLAB software.     

改进的PSO算法及其在PID控制器参数整定中的应用

粒子群优化算法(PSO)是一种新兴的随机优化技术,在许多领域得到了广泛应用。为了提高算法的计算精度,加快算法的收敛速度,提出了一种改进的粒子群优化算法,通过引入粒子运动过程中的最差位置信息,由最优个体和最差个体获取信息,有效地提高了算法的搜索能力和收敛速度。在实验研究中,采用改进的粒子群优化算法对PID控制器参数进行整定并用于啤酒发酵过程温度段控制,实验结果表明所提出的算法搜索能力及收敛速度显著提高,应用该方法得到的PID控制器综合性能优于常规方法所得的结果。