基于PMU的可控串补技术在抑制区域功率振荡中的应用

互联区域联络线上的功率振荡一般是由于系统阻尼较弱或重负荷等原因造成的。改善系统的阻尼特性可以有效的预防或平息此类振荡。根据同步相量测量单元（PMU）所测得的转速、相角等信息,设计了联络线可控串补装置（TCSC）的控制器,用以加强互联两区域系统的阻尼。文中在一个简单的2区4机电力系统中,研究了采用基于广域测量信号的TCSC控制器。仿真效果说明了基于广域测量系统的区间阻尼控制能有效抑制区间低频振荡和提高互联系统的传输容量,而且可在工程上实现。     

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。     

计及反馈信号多时滞特性的广域阻尼控制

广域测量系统是由多种通信媒质组成的复杂网络系统。由于不同通信媒质和装置的通信延迟时间各异且具有随机性，闭环电力系统在数学上是一个典型的非线性、多时滞且变时滞的动力系统。文中首先将非线性多时滞的系统模型线性化为线性多时滞的模型，然后分析了线性多时滞系统的稳定时滞域的拓扑性质，最后根据其拓扑性质设计了对时滞的异步变化不敏感的广域阻尼控制器。时域仿真结果表明:对于2区4机系统，当区内通信和区间通信分别具有不同时滞及其随机性的情况下，所设计的控制器仍能有效阻尼区间联络线上的低频振荡。     

基于系统辨识的广域时滞鲁棒阻尼控制

针对电力系统区间低频振荡问题，提出了一种利用广域测量信号的电力系统阻尼控制器的设计方法。该方法采用广域测量系统（WAMS）提供的准实时测量数据，通过Prony传递函数辨识法和纯时滞环节Pade逼近法建立时滞电力系统模型;然后基于混合灵敏度 H ∞ 控制理论和极点配置方法设计阻尼控制器，使闭环系统在满足 H ∞ 性能指标的前提下极点分布于合适的区间，从而获得所需的系统动态性能。4机2区域电力系统和新英格兰测试系统仿真实例表明，采用广域测量反馈信号的阻尼控制器能够显著提高系统区间低频振荡的阻尼，并且具有时滞不敏感性。     

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。     

一种简单实用的分散非线性励磁控制方法

基于广域测量系统（WAMS）提供的电力系统惯量中心（COI）数据，建立了COI参考坐标系下完全解耦的发电机模型，并根据Lyapunov理论和反步法思想，提出了一种简单实用的分散非线性励磁控制设计方法。该方法原理简单，仅有的3个控制器参数设置非常容易;此外，需要WAMS传送至发电机的控制信号只有3个，降低了信道拥堵的可能性。新英格兰测试电力系统（NETPS）中的仿真结果表明，这种非线性励磁控制器不仅对发电机参数、运行状态和负荷类型具有良好的鲁棒性，而且允许COI信号存在时滞，允许时滞的类型和范围基本能覆盖正常情况下的WAMS数据延时。     

考虑时滞影响的电力系统稳定分析和广域控制研究进展

计算机技术、网络技术和通信技术的快速发展及其在电力系统中的广泛应用，使得电力系统的监测、分析和控制方式向着广域化、网络化和智能化方向发展。在此发展过程中，一个不容忽视的问题就是信号传输和处理过程中时滞的影响。文中首先对广域测量系统的时滞特性进行了分析，接着对国内外考虑时滞影响的电力系统建模、稳定分析和广域控制3个方面的最新研究成果进行了综述，指出常规电力系统稳定分析方法与考虑时滞的状态估计方法相结合具有工程实践价值，并认为在电力系统时滞特性的定量分析、信息和电力网络综合建模、考虑时滞的状态估计以及基于时滞电力系统动力模型的稳定控制方面仍需进一步深入研究。最后展望了时滞电力系统稳定分析和广域控制可能的研究方向。     

非线性励磁控制中输出函数对系统性能的影响

发现在进行非线性系统的非线性控制设计时，状态方程中输出函数的选取对线性化以后系统状态方程的形式有很大的影响，进而影响到所设计的控制器性能。在此研究结果的基础上，改进了电力系统非线性控制器的设计方法，可以在统一的非线性控制设计框架下同时对多个状态量的性能指标提出要求，兼顾受控系统多个状态量的响应特性，使系统的动态性能和静态性能能够很好地协调，实现高性能的非线性控制。将改进的设计方法应用于发电机组的励磁控制，采用逆系统非线性控制原理设计了一种具有综合性能指标的非线性励磁控制规律。将所设计的多指标非线性励磁控制律用于单机无穷大电力系统的同步发电机组中进行仿真实验，其结果表明所提出的控制器不仅能明显地提高发电机的动态稳定性，而且能准确地将发电机的端电压控制在其给定值上运行，不会因受扰而发生偏移。     

基于PMU的多馈入交直流系统的分散协调控制

针对广域多馈入交直流系统，为充分利用直流线路的快速调节能力以改善系统稳定性，提出一种分层分散鲁棒自适应控制方案。基于相角测量装置（PMU）测量单元，协调控制器在线确定并传送故障后动态平衡点到直流线路控制器，直流线路控制器以此故障后动态平衡点为控制目标。采用非线性递推方法推导了基于PMU的多馈入交直流系统的非线性鲁棒自适应分散协调控制规律，并设计了以动态平衡点和PMU实时测量的发电机功角信号为输入的直流线路附加功率控制器。最后通过3机2条直流的测试系统验证了该控制方案的有效性。     

基于系统留数矩阵的广域PSS设计

电力系统低频振荡严重影响电网的稳定运行。传统的电力系统稳定器（PSS）采用本地机组信号，不能有效提高系统阻尼。广域测量系统使得电力系统向广域观测与控制的方向发展。文中使用反馈信号机组和控制机组相分离的设计思想，提出根据转子角频率对振荡模式的能观度选取反馈信号机组，根据PSS输出信号对振荡模式的能控度选取控制机组，从而构成广域PSS控制回路。基于留数矩阵的分析表明了这种广域PSS控制策略具有比本地信号PSS更强的能观性和能控性。最后给出了基于留数的广域PSS参数设计方法。16机系统上的仿真结果表明，基于留数矩阵进行设计的广域PSS能更有效地抑制系统低频振荡，提高互联电网的稳定性。     

可控串联补偿(TCSC)的分析研究(上) 计及TCSC详细模型的电力系统稳态、暂态仿真研究

在建立TCSC的物理数学模型的基础上，通过求解描述其特性的微分方程组，得到解析解，并 进一步导出了稳态及暂态情况下TCSC装置的基波阻抗公式和电感、电容元件支路的电压、电 流表达式；提出了含有TCSC装置的电力系统仿真的原理和方法，将TCSC模型与系统分析程序 接口，实现了详细计入TCSC影响的稳态及暂态稳定仿真计算；通过仿真验证了TCSC能 够显著地改善系统的阻尼，提高电力系统的稳定性。     

基于在线辨识的电力系统广域阻尼控制

提出了利用多路广域测量信号作为反馈量的新型电力系统广域阻尼控制(WADC)方法。首先，推导了基于改进Prony算法的动态降阶等值系统参数的辨识方法；利用该辨识方法对受控系统进行辨识，在辨识结果的基础上运用线性二次型方法设计WADC的参数。广域闭环控制必须考虑通信延迟的影响，文中利用线性矩阵不等式方法讨论了控制参数在时滞下的稳定性问题。MATLAB数值仿真验证了辨识方法的准确性。WADC的控制效果在36节点的多机系统中得到了仿真验证。结果证明，应用广域信号作为反馈的WADC可以更有效地阻尼区间低频振荡，同时提高了联络线的传送容量极限。     

基于不精确模型的同步电机非线性励磁控制

基于输电系统中同步电机的不精确励磁非线性模型，采用非线性控制 理论中的全局线性化方法和滑动模态控制方法，导出一个非线性切换控制律， 并用它设计出电力系统新型的非线性励磁控制器。针对单机无穷大系统进行数 字仿真实验，结果表明，该励磁控制器能良好地改善系统的动态响应特性，且 具有良好的鲁棒性。     

基于奇异值分解方法的FACTS交互影响分析

针对电力系统中多台灵活交流输电装置（FACTS）控制器之间可能存在的交互影响问题，以可控串联补偿器（TCSC）和静止无功补偿器（SVC）2种FACTS控制器为研究对象，提出了一种基于奇异值分解（SVD）的交互影响分析方法，定量分析了新英格兰10机39节点电力系统中同时装设TCSC和SVC时，2台FACTS装置之间可能存在的交互影响问题及电气参数对交互作用的影响。时域仿真结果验证了所提出的方法的有效性，表明电气距离的改变对TCSC与SVC间的交互作用有着较强的影响，增加电气距离，交互影响变弱，缩短电气距离则会加重两者之间的交互影响。     

基于超导储能的暂态稳定控制器设计

设计了用于提高电力系统的暂态稳定超导储能（SMES）装置的非线性鲁棒控制器，并从数字仿真和动模实验两方面进行了验证。为了简化动态性能分析和控制器设计，在实验样机的基础上，提出了新的基于电流型变流器的SMES的动态模型，并将其转化为标幺制模型。通过外部干扰的引入，得到了装设SMES的单机无穷大系统的动态模型，并采用精确线性化方法和线性H_∞控制理论设计了SMES的非线性鲁棒控制器。为了验证该控制器的效果，对装设SMES单机无穷大系统进行了数字仿真和动模实验，并将其与常规PI控制器进行了比较。仿真和实验结果都证明了非线性鲁棒控制器具有良好性能。     

考虑时延影响的互联电网区间阻尼控制

采用广域信息可有效地提高大型互联电力系统的动态性能。在这个过程中，信号传输和处理的时间延迟不可忽略。文中利用留数矩阵确定广域控制回路;采用Pade逼近法近似广域信号时间延迟，并写成状态空间形式，使系统变为不显含时延项的控制系统;设计了区间阻尼控制器，分析了时延对其性能的影响，并应用线性最优方法确定其反馈控制参数。两区四机系统上的仿真结果说明了考虑时间延迟的情况下，应用线性最优方法来确定区间阻尼控制器的反馈控制参数，能有效抑制区间低频振荡，提高互联电网的稳定性。     

非线性状态PI励磁控制器

利用扩张状态观测器将原来的非线性系统变换成线性系统，然后用状态PI控制器的设计思想设计了非线性状态PI控制器；并将其用于发电机励磁控制，以解决电力系统的强非线性和不确定性问题，避免了反馈线性化非线性励磁控制由于数学模型的误差而影响控制器性能的缺点。所得控制规律与系统运行点和网络结构完全无关，同时控制器结构简单。仿真计算表明，非线性状态PI励磁控制器对系统运行点和网络结构变化具有良好的适应能力，可以有效地改善系统的稳定性。     

神经网络α阶逆系统TCSC非线性控制器

提出了一种新型的神经网络α阶逆系统可控串联补偿(TCSC)控制器 结构，将结构完全相同的TCSC控制器(仅神经网络的权值不同)分别运用于一个单机无穷大系 统和一个由49条等值支路和19台等值机所组成的实际电力系统的稳定控制，仿真结果表明系 统的稳定性都得到显著提高，同时说明这种TCSC控制器结构具有更强的适应性和更广的适用 范围。     

多机非线性系统分散汽门H∞控制器

通过找出电力系统的广义哈密顿结构，设计出分散控制器，使得闭环系统为耗散的哈密顿系统。可以看到该控制律是线性的。因为没有对系统进行线性近似，所以又有别于在工作点附近进行线性近似后所设计的线性控制器。同时表明非线性系统通过找到系统适当的内部结构（文中为哈密顿结构）可以得到比用微分几何等其他方法所得到的更简单的控制器形式。最后从H_∞角度讨论了该控制器的抗干扰能力。     

多机非线性系统分散汽门H控制器

通过找出电力系统的广义哈密顿结构，设计出分散控制器，使得闭环系统为耗散的哈密顿系统。可以看到该控制律是线性的。因为没有对系统进行线性近似，所以又有别于在工作点附近进行线性近似后所设计的线性控制器。同时表明非线性系统通过找到系统适当的内部结构（文中为哈密顿结构）可以得到比用微分几何等其他方法所得到的更简单的控制器形式。最后从H_∞角度讨论了该控制器的抗干扰能力。