计及时滞影响的电力系统H∞阻尼控制

利用Pade近似方法将时滞环节转化为状态空间形式,从而建立考虑传输时滞的开环电力系统线性化模型;采用基于H∞阻尼控制的混合灵敏度方法对所建模型进行鲁棒控制器设计。时域仿真结果表明:所设计的鲁棒控制器对电力系统广域时滞具有一定的耐受能力,同时可以抑制系统干扰的影响。     

考虑广域反馈信号时滞影响的附加励磁控制器

采用广域信号作为附加励磁控制信号能够有效抑制互联电网的区间振荡,但广域信号在传输和处理过程中的时滞会严重影响系统的稳定性。为此作者提出了一种考虑广域信号延时影响的阻尼互联电网低频振荡附加励磁控制器。该控制器基于电力系统降阶模型,首先考虑了广域反馈信号的时滞,将电力系统建模为时滞微分方程的形式;然后应用时滞系统稳定性理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI) 的处理方法将附加励磁控制器参数的设计转化为求取适当的参数使得含有时滞信号的闭环系统具有最大时滞稳定性的问题;最后应用LMI工具箱和遗传算法优化了附加励磁控制器参数。4机电力系统的动态仿真验证了文中所设计控制器的有效性。     

采用时滞广域测量信号的区间低频振荡阻尼控制器设计

针对电力系统区间低频振荡问题,基于广域测量系统和柔性交流输电系统技术,提出了一种采用时滞广域测量信号的电力系统阻尼控制器设计方法。该方法结合时滞依赖状态反馈鲁棒控制和状态观测理论,实现了广域电力系统的时滞输出反馈鲁棒控制。以四机两区域电力系统为例,设计了晶闸管可控串联补偿(TCSC)附加阻尼控制器。小信号分析和时域仿真结果都表明:所设计的控制器能显著抑制区间低频振荡,并且具有时滞不敏感性和运行条件鲁棒性。     

基于广域信息及回路成形技术的H∞阻尼控制器设计

采用广域信息得到的控制器可有效地抑制互联电力系统区间振荡模式.同时,由于实际电力系统中不可避免的存在多种不确定性,如何提高电力系统控制器的鲁棒性能成为人们关注的焦点.针对这一现象,该文在采用广域信息作为反馈信号的基础上,应用回路成形技术使线性化的开环电力系统模型具有期望的特性,采用规范互质分解理论对成形后的摄动系统模型进行鲁棒镇定控制器设计.所得到的控制器对互联系统的弱阻尼机电振荡模式有较强的阻尼特性及鲁棒性.最后以时域仿真的结果说明所得控制器的性能及方法的有效性.     

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。     

不健全广域信息下时滞非线性鲁棒综合控制器设计

同步相量测量单元(PMU)在电力系统中的广泛应用为基于广域测量系统(WAMS)的广域控制提供了实现条件。由于远方反馈信息的不健全和时滞影响，基于广域信息的闭环电力系统将是一个时滞非线性系统。针对这种时滞非线性系统，结合逆系统理论和鲁棒H￥控制理论，提出不健全广域信息下考虑时滞影响的非线性鲁棒综合控制器的设计方法。首先，应用逆系统方法将强非线性电力系统进行线性化，然后，根据广域信息的不确定性，推导具有干扰输入的时滞线性系统模型，最后，应用线性矩阵不等式(LMI)理论设计该线性系统的鲁棒反馈控制律，进而得到原非线性电力系统的最终控制规律。时域仿真结果表明，当考虑广域信息的不健全和时滞影响时，非线性鲁棒综合控制器仍具有较小的系统过渡时间、振荡次数及振荡幅度，能大幅度增加系统的故障临界切除时间。     

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。     

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。     

基于子空间辨识和遗传算法的多回直流协调阻尼控制器设计

提出了一种多回直流协调阻尼控制器的设计方法,用子空间辨识法对系统降阶建模,用遗传算法进行参数寻优,并对时滞系统稳定性进行了评估。首先利用基于Prony分析的主模比指标计算法选择直流控制器的广域输入信号,通过仿真得到扰动下系统输入输出数据,基于数据对系统进行子空间辨识,得到系统开环状态空间方程。其次将控制器加入开环系统得到闭环系统状态空间方程,以多种运行方式下的系统最小阻尼比最大化为优化目标,针对闭环系统状态空间方程,用遗传算法对控制器参数进行协调优化。采用基于自由权矩阵的时滞稳定性判据,分析含有多回直流协调控制器的广域电力系统的时滞稳定性。最后以南方电网为例,对多回直流协调阻尼控制器进行仿真,仿真结果表明,通过该方法所得到的多回直流协调阻尼控制器能够较好地提高电网阻尼水平,并满足时滞系统稳定性的要求。     

广域电力系统稳定器阻尼控制系统综述及工程应用展望

广域电力系统稳定器(PSS)阻尼控制是抑制电力系统区间低频振荡最直接有效的方法。文中综述了国内外的相关研究成果,针对广域PSS控制系统的各个环节进行了深入探讨,包括系统分析建模、反馈信号和控制点的选择、时滞及其稳定性分析、控制器设计等。文中指出非线性分析及建模,尤其是基于量测的Prony分析法更适用于复杂的电力系统;在广域反馈信号选择方面,主模比指标法较为合理,但在工程应用中还要依据实际情况考虑;特征根法及其优化算法可以快速对复杂电力系统的时滞稳定域进行求解,在时滞处理方面,时滞补偿法较时滞不敏感鲁棒控制更易实现且效果较佳;此外,在线自适应参数控制由于可以适应和跟踪系统的变化,较离线设计效果更佳。针对复杂电力系统的广域PSS研究中所面临的研究课题进行了展望,并指出了未来广域PSS工程应用中面临的一些问题,如算法实时性、系统投切时机选择、防误逻辑等。     

基于多目标优化的时滞广域阻尼控制器设计

提出一种考虑区间模式和本地模式协调的时滞广域阻尼控制器设计新方法。首先,根据能控能观指标找出最佳反馈信号和输出控制量。然后,计算超前滞后补偿的时间常数,并构建区间和本地模式协调优化的多目标函数,应用"教与学"优化算法确定最优增益序列。最后,应用均衡降阶算法对系统进行降阶,基于线性矩阵不等式(LMI)理论分析最优增益序列,选出对时滞鲁棒性最好的值。新英格兰测试系统的仿真结果表明,提出的基于多目标优化的时滞广域阻尼控制器设计方法,在很好地抑制了区间振荡模式的同时,保证本地振荡模式不被恶化,并且对时滞具有很好的鲁棒性。     

A robust centralized SMES controller design based on WAMS considering system and communication delay uncertainties

It is well known that the communication delay due to the phasor measurement in wide area monitoring system (WAMS) as well as various system operating conditions such as heavy line flows and unpredictable network structures, may deteriorate the wide-area stabilizing control effect. To overcome this problem, the inverse input and output multiplicative model is proposed to represent unstructured uncertainties due to system operations and communication delay in the robust centralized damping controller design of superconducting magnetic energy storage (SMES) based on WAMS. The structure of centralized controller for SMES is the practical 1st-order lead/lag compensator. To automatically tune the control parameters, the optimization problem based on the enhancement of damping performance and system robust stability margin is achieved by particle swarm optimization. Simulation studies in the West Japan six-area interconnected system confirm that the proposed robust SMES centralized controller is superior to the conventional SMES centralized controller in terms of damping performance and robustness against system and time delay uncertainties.     

计及时延的互联电力系统分散式阻尼控制

针对广域互联电力系统的低频振荡问题,计及信号在广域控制回路中的时延,设计了一种分散式阻尼控制器。首先定性分析了广域控制回路中的信号时延特点,然后在计及时延的互联电力系统线性化模型基础上,使用时延依赖稳定性充分条件进行控制器的求解,最后进行了两区四机系统分散式阻尼控制器设计。在固定时延与随机时延情况下系统仿真结果表明所设计分散控制器能够有效提高系统阻尼,抑制系统低频振荡,提高互联电力系统的动态稳定性能。     

Robust wide‐area damping controller design for inter‐area oscillations with signals' delay

A new wide‐area damping control strategy is investigated for flexible AC transmission systems (FACTS) device using wide‐area measurement system (WAMS) signals. The purpose is to design a dynamic output wide‐area damping controller (WADC) for improving the stability of interconnected power systems. The time‐varying delay of wide‐area signal is incorporated into the design process, which can effectively reduce the delay effect on the damping performance. First, a discrete‐time plant model with time‐varying delay is established for power systems; then by using the proposed improved free‐weighting matrices (IFWMs) approach and a convex optimization algorithm, a new and less conservative delay‐dependent stability criterion, expressed in the terms of linear matrix inequalities (LMIs), is obtained without ignoring any useful terms on the difference of a Lyapunov function. Detailed case studies on a 4‐machine two‐area benchmark test system and 16‐machine five‐area NETS‐NYPS interconnected system show that the designed WADC can not only maintain effective damping performance under the condition of time‐varying delay but also get the maximum wide‐area time delay. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Coordinated Design of Power System Stabilizers and Static Phase Shifters Using Genetic Algorithm

Coordinated design of a power system stabilizer (PSS) and a static phase shifter (SPS) using genetic algorithm (GA) is investigated in this paper. The design problem of PSS and SPS controller is formulated as an optimization problem. An eigenvalue-based objective function to increase the system damping is proposed. Then, GA is employed to search for optimal controller parameters. Different control schemes have been proposed and tested on a weakly connected power system with different disturbances, loading conditions, and parameter variations. It was observed that although the PSS enhances the power system stability, the SPS controller provides most of the damping and improves the voltage profile of the system. The nonlinear simulation results show the effectiveness and robustness of the proposed control schemes over a wide range of loading conditions and system parameter variations.     

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。     

Time delay approach for PSS and SSSC based coordinated controller design using hybrid PSO–GSA algorithm

In this work we present a novel approach in order to improve the power system stability, by designing a coordinated structure composed of a power system stabilizer and static synchronous series compensator (SSSC)-based damping controller. In the design approach various time delays and signal transmission delays owing to sensors are included. This is a coordinated design problem which is treated as an optimization problem. A new hybrid particle swarm optimization and gravitational search algorithm (hPSO–GSA) algorithm is used in order to find the controller parameters. The performance of single-machine infinite-bus power system as well as the multi-machine power systems are evaluated by applying the proposed hPSO–GSA based controllers (PSS and damping controller). Various results are shown here with different loading condition and system configuration over a wide range which will prove the robustness and effectiveness of the above design approach. From the results it can be observed that, the proposed hPSO–GSA based controller provides superior damping to the power system oscillation on a wide range of disturbances. Again from the simulation based results it can be concluded that, for a multi-machine power system, the modal oscillation which is very dangerous can be easily damped out with the above proposed approach.     

基于改进PSO算法的SSSC广域阻尼控制器设计

采用广域测量信号作为输入的静止同步串联补偿器(SSSC)附加阻尼控制(PSDC)可以有效抑制区间低频振荡。针对SSSC阻尼控制器的参数优化问题,提出了基于Prony和改进微粒群优化(PSO)算法的参数优化设计方法。通过对输出信号的Prony分析可以快速准确得出振荡模式的特征值,进而计算出阻尼比。PSO算法中惯性权重取值对算法收敛性起到了至关重要的作用,所提改进PSO算法通过T-S模糊规则自适应更新惯性权重取值,改善了算法的收敛性。仿真算例验证了所提设计方法的有效性。     

Optimal Power System Stabilizers design via Cuckoo Search algorithm

Cuckoo Search (CS) algorithm is introduced in this paper for optimal Power System Stabilizers (PSSs) design in a multimachine power system. The PSSs parameter tuning problem is formulated as an optimization problem which is solved by CS Algorithm. An eigenvalues based objective function involving the damping ratio, and the damping factor of the lightly damped electromechanical modes is considered for the PSSs design problem. The performance of the proposed CS based PSSs (CSPSS) has been compared with Genetic Algorithm (GA) based PSSs (GAPSS) and the Conventional PSSs (CPSS) under different operating conditions and disturbances. The results of the developed CSPSS are verified through time domain analysis, eigenvalues and performance indices. Also, the effectiveness of the proposed algorithm in providing good damping characteristics is confirmed.     

基于极大极小值原理的UPFC控制器设计

统一潮流控制器(UPFC)是一个多功能柔性交流输电系统(FACTS)装置,而电力系统的运行条件经常变化,如何协调设计UPFC的多控制通道并确保电力系统大范围稳定是一个难点。文中以特征值尽可能位于远离虚轴的左半平面为目标函数,将阻尼控制器的参数优化问题转化为一个极大极小值优化问题,并通过一种两种群遗传算法加以求解,以适应电力系统运行条件的大范围变化。与传统的控制器设计方法相比较,文中所提出的方法具有设计简便、智能化程度高、控制器适应性好的优点。以新英格兰测试系统为例,设计了UPFC控制器以抑制系统中可能发生的低频振荡。时域仿真结果表明基于极大极小值原理设计的UPFC控制器能适应宽广运行条件的变化,确保系统的大范围稳定。