基于平衡降阶模型的电力系统多机励磁预测控制

介绍一种基于平衡降阶理论的电力系统多机励磁预测控制方法。为减少开环优化计算时间,利用平衡降阶理论对电力系统多机线性模型进行降阶,降低预测模型维数。以预测步长内系统输出和控制量的偏差最小为优化控制指标,以模型降阶微分方程、状态和输入为约束条件,利用改进内点法求解优化问题。从降低模型阶数和改进优化算法两方面降低计算复杂度,加快在线计算速度,适用于电力系统大规模励磁控制。对某50机系统进行仿真验证该方法的有效性,仿真结果表明:基于平衡降阶模型的励磁预测控制器可极大降低优化计算时间,提高系统的稳定性。     

基于平衡降阶模型的多机系统非线性励磁预测控制

将预测控制与模型降阶技术相结合提出一种基于平衡降阶模型的多机电力系统非线性励磁预测控制方法,以解决最优励磁控制和传统比例积分微分励磁控制无法考虑系统复杂状态和控制输入约束的问题,并且降低非线性励磁预测控制高阶动态模型数值计算的复杂性。首先,利用经验Gramians 平衡降阶原理,对电力系统非线性动态模型进行降阶,以降低动态模型的维数。然后,建立基于降阶模型的励磁预测控制模型。以系统输入输出最小二乘残差向量为优化目标,以降阶动态模型作为等约束条件,以输出量、控制量的变化范围作为不等约束条件。利用内点法求解优化问题。最后,利用一个四机电力系统验证该预测控制方法的有效性,仿真结果表明：基于平衡降阶模型的多机电力系统非线性励磁预测控制器能够大大缩短优化计算时间,维持机端电压在定值附近,提高系统的稳定性。     

基于PECE的预测励磁控制器设计

正在非线性预测控制理论的基础上,提出了一种新的同步发电机励磁控制方法。以发电机机端电压的偏差为输出函数建立预测模型,以阿当姆斯(Adams)四阶预测-校正格式(PECE)展开输出函数,进行在线滚动优化和反馈校正,得到针对单机无穷大系统的预测励磁控制规律。空载和负载阶跃仿真实验表明此励磁预测控制器达到了预期设计要求,提高了系统的稳定性,为励磁控制策略提供了一种新方法。并且该方法与传统泰勒级数法相比,能更有效镇定发电机的机电振荡,具有较好的系统动态品质。     

基于Adams多步法预测的励磁控制器的设计

本文介绍了一种新的励磁非线性控制器设计方法,该方法使用预测控制理论以单机无穷大系统励磁控制为对象,以功角、角速度和有功功率作为变量,以发电机转子角速度为输出函数,用Adams四阶预测法展开输出函数,幵迚行在线滚动优化,最后得到了预测励磁控制规律。仿真结果表明,该方法与泰勒级数方法比较,既能改善发电机的机械稳定性,又能改善发电机端电压的动态特性,具有较高的控制品质。     

同步发电机多步预测自校正励磁调节器

将多步预测自校正控制（Multi-step Predictive Self-Tuning Control）理论用于同步发电机励磁控制中来,选取多个状态量偏差的组合做为输出,用渐消记忆递推最小二乘法在线辨识同步发电机三阶非线性方程经线性化和离散化后的模型参数,并采用一种简单有效的方法离线确定b0（b0是前面提到的模型参数之一）。针对单机无穷大系统,设计出多步预测自校正励磁调节器（Multi-step Predictive Self-Tuning Excitation Regulator,MPSTER）。数字     

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。     

基于预测函数与线性多变量反馈控制的同步发电机励磁控制

基于预测函数设计了励磁控制器对发电机端电压进行控制。同时设计一种以发电机功角偏差、角速度偏差以及有功功率偏差的线性组合作为控制目标的线性多变量励磁控制器。将2种励磁控制器进行结合,以实现预测函数和线性多变量并行励磁控制,在有效提高电力系统稳定性的前提下还能解决发电机端电压的稳定问题。最后通过MATLAB／Simulink仿真证明了改进后的励磁控制器的有效性。     

遗传优化同步电机分数阶PID预测函数励磁控制器

为提高同步电机励磁调节器的控制性能,提出一种基于遗传算法优化同步电机分数阶PID预测函数励磁控制器的设计方法。将同步电机的励磁系统进行线性化处理,在分数阶系统理论的基础上用预测函数控制推导出同步电机励磁调节器的分数阶传递函数模型,并根据所得到的系统性能综合指标评价函数再用遗传算法对分数阶PID预测函数控制器的参数进行优化整定。经仿真实验验证,与传统分数阶PID控制和预测函数控制相比,不仅减小了调节时间,增强了系统抗干扰能力,无稳态误差。并且在参数整定方面,遗传算法的收敛速度和寻优能力也明显优于模糊控制和粒子群算法。     

一种基于MAC的非线性预测励磁控制器的设计

提出了一种新的非线性系统控制设计方法。通过运用预测控制理论中的模型算法控制(MAC)的设计原理,同时引入机端电压偏差积分项,针对单机无穷大系统进行非线性预测控制设计,得到了一种基于模型算法控制的非线性预测励磁控制器。仿真结果表明:这种设计方法不仅能够有效解决由于原动机阶跃输入扰动带来的发电机机端电压偏差问题,而且改善了功角稳定性和发电机机端电压的动态特性。     

基于反推控制的聚合温控负荷与发电机励磁协调控制

利用具有储能特性的温控负荷与发电机励磁进行协调控制，可实现电力系统的功角、频率和电压的多指标调控。首先，采用双线性聚合温控负荷模型和发电机励磁模型，推导建立了二者联合的系统数学模型。然后，基于反推控制原理，提出了聚合温控负荷与发电机励磁的协调控制策略，并从理论上证明了控制器的稳定性。针对控制器设计中的微分“计算爆炸”问题，利用双曲正切的非线性微分跟踪器设计了励磁电压参考量的微分估计算法，降低了参考量微分计算的工作量。最后，通过算例对控制算法进行了仿真验证。结果表明，在协调控制器的作用下，系统功角、频率和电压等多个被控量均可快速地追踪上各自的参考值。对比传统电力系统稳定器励磁控制，温控负荷参与调控能有效改善系统各状态量的动态响应，提高系统稳定性。     

葛洲坝二江电厂线性最优励磁控制器建模及参数优化

葛洲坝二江电厂线性最优励磁控制器以最优控制理论为基础，以机端电压，发电机有功出力和机端民量频率为状态量，以机组励磁电压为控制量，针对反馈增益的选择问题，在运用试探法进行仿真计算的基础上，从机组运行工况，转速测量和现场干扰等方面讨论了反馈增益国的选择原则，仿真计算和现场试验表明，所提出的模型和最优反馈增益是正确的，对提高华中电网的电压稳定水平是有益的，可以减少切换荷量。     

一种高性能的非线性励磁控制

考虑到在基于微分几何的非线性控制中，输出函数的选取会直接影响到变换后的线性空间的构成，从而影响到控制器的最终控制效果这一事实，该文提出了通过将输出函数选取为多状态变量组合形式的简便方法来解决非线性控制系统的动、静态性能的综合协调问题，从而有效地提高控制系统的整体综合性能；将此方法用于发电机的非线性励磁控制系统中，成功地找到了一种具有较高控制性能的非线性励磁控制律。仿真结果显示，该控制律既能很好地提高发电机端电压控制精度，又能有效地提高发电机组的运行稳定性，并表明所提出的控制器能有效地协调系统中各状态量的动、静态性能，具有较好的工业运用价值。     

Functional Predictive Control for Voltage Stability Improvements of Autonomous Hybrid Wind–Diesel Power System

This study investigates the application of the model predictive control technique for voltage stability of an isolated hybrid wind–diesel power system based on reactive power control. The proposed generation system mainly consists of a synchronous generator for a diesel-generator system and an induction generator for a wind energy conversion system. A static VAR compensator is used to stabilize load voltage through compensating reactive power. Two control paths are used to stabilize load bus voltage based on model predictive control. The first control path is used to adjust the total reactive power of the system by controlling the static VAR compensator firing angle. The second is proposed to control the excitation voltage of the synchronous generator. Model predictive control is used to determine t optimal control actions, including system constraints. To mitigate calculation effort and reduce numerical problems, especially in a large prediction horizon, an exponentially weighted functional model predictive control (F-model predictive control) is applied. The proposed controller was tested through step change in load reactive power plus step increase in input wind power. The performance of the proposed system with the proposed controller was compared with classical model predictive control; moreover, this scheme is tested against parameter variations.     

基于最小方差基准的励磁系统性能评估

对同步发电机励磁系统性能评价一般通过阶跃响应方法,但该方法无法在线进行,为此提出了最小方差控制基准的性能评估方法。对系统设计最小方差控制器并作为系统控制性能上限,与系统实际性能进行比较而得到性能指标,并对该方法进行系统滤波和相关性分析FCOR(Filtering and Correlation Analysis)算法的改进,避免了Diophantine方程的展开运算。分析表明该评估方法只需利用同步发电机输出端电压数据,结合系统时滞d就可以得到励磁系统的性能指标。仿真结果表明该方法简化了计算过程,能够及时准确地在线评估励磁系统的控制性能。     

多机系统PID分散协调控制的研究

从实际励磁控制模型出发,将机端电压及其微分作为输出反馈量,建立发电机及其控制器数学模型,通过求解Levine-Athans矩阵方程组,设计了PID分散协调励磁控制器,其结果可直接应用于电力系统现有PID控制器的参数整定;另外,对传统权矩阵优化算法中存在的不足给予了改进,使权矩阵优化算法更易实现且更可靠。文章是电力系统分散协调控制理论的进一步完善及补充,在无须改变原有控制器结构的前提下实现最优协调控制,更具现实意义。最后,经计算与仿真证明提出的方法是正确的、有效的。     

采用协同控制理论的同步发电机非线性励磁控制

提出了一种基于协同控制理论的非线性励磁控制器。首先依据同步发电机励磁控制的基本要求和特点,选择机端电压、有功功率和转子角速度三个变量的偏差的线性组合构成流形,以保证有效控制机端电压和抑制系统功率振荡。然后以同步发电机非线性模型为对象,推导出了非线性协同励磁控制器（Synergetic excitation controller,SEC）的控制律,并根据电力系统的运行特性,探讨了控制器参数的选取原则。最后,单机无穷大系统仿真结果表明,无论在大扰动还是在小扰动下,所提非线性协同励磁控制器比常规的AVR+PSS方式下的励磁控制器都能更快更精确地调节机端电压,还能够有效地抑制系统的功率振荡。     

MICROPROCESSOR BASED NONLINEAR EXCITATION CONTROLLER FOR SYNCHRONOUS MACHINES

ABSTRACT

The synchronous machines in power systems have the excitation systems of field winding to improve the transient stability of power systems. The synchronous machines are nonlinear systems, however, the excitation systems have been designed based on linearized systems, because the stability analysis of nonlinear systems is difficult and the generalized control method of nonlinear systems has not been developed yet.

This paper proposes a nonlinear excitation controller for synchronous machines in power systems. For the sake of simplification of the nonlinear state feedback control, this paper considers both the transient stability and the suppression of the rotor swings in transient conditions. The effect of the automatic voltage regulator (AVR) for the synchronous generator is not discussed here. This controller is designed based on Lyapunov's direct method that can directly judge the stability of nonlinear systems. The usefulness and validity of the proposed excitation controller are confirmed by numerical simulations and experiments. The microprocessor based generator excitation system that consists of a nonlinear controller, state variable detector, and PWM inverter, is constructed. The nonlinear excitation controller can improve the transient stability of synchronous machines.