基于李雅普诺夫函数的直流附加控制器设计

利用李雅普诺夫直接法设计了直流附加阻尼控制器,通过构造交直流系统的Lyapunov函数,设计了一个用于改善互联系统阻尼特性的直流附加控制器。该控制器利用两端换流母线处的角速度和相角,以及交流联络线上的功率作为输入信号,结构简单且易于实现。与常规的直流附加控制器相比,该控制器能更有效地抑制功率振荡,提高系统的动态稳定性。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

多馈入HVDC的模糊自适应协调阻尼控制器设计

提出一种基于广域测量系统的多馈入高压直流（HVDC）模糊自适应协调阻尼控制器。该控制器在传统的单输入单输出控制结构基础上增加了一个模糊逻辑单元,自适应地在线调整系统的移相角。同时,增益K与模糊逻辑单元联调,以保证移相环节参数改变后整个控制通道的增益保持不变。利用Prony辨识算法和极点配置法对该阻尼控制器的固定参数进行了整定,并对整定后的参数进行了协调优化。以中国南方电网2007年网络结构为对象,给出了该模糊自适应协调阻尼控制器的设计过程及仿真结果。结果表明：该阻尼控制器能快速、有效地阻尼区域间振荡,提高交流联络线的传输能力,对不同的网络结构具有鲁棒性,可明显改善多馈入HVDc系统的稳定性。     

基于同步相量测量单元的直流附加控制器研究

利用直流系统的快速响应特性，可以在不增加附加设备的条件下有效地抑制交直流系统的低频振荡。基于全球定位系统(GPS)的同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit，PMU)能够测量母线电压相量，尤其是电压的相角。该文利用PMU可改进控制提出了一种基于PMU的直流附加控制器，该控制器以不同区域电压相角差作为输入信号，能有效地反映区域间的低频振荡信息，同时研究了通信延迟对系统阻尼的影响，并考察了控制器的鲁棒性。以一个四机两区域系统作为测试系统，利用仿真软件PSS／E对系统进行小信号稳定和时域仿真分析，分析结果表明该直流附加控制器在系统较大的运行范围内提高了系统阻尼和系统区域联络线的传输能力，有效地抑制系统低频振荡，并且具有较好的鲁棒性，在故障情况下也能较好地发挥作用。     

基于MFAC附加阻尼控制器的次同步振荡抑制方法

为解决当前次同步振荡抑制措施中常用的传统附加阻尼控制器存在建模精度不足、适应性差等问题，本文引入了一种基于无模型自适应控制的附加阻尼控制器。该控制器采用偏格式或全格式动态线性化数据模型，通过系统I/O数据估算系统伪梯度，由预测器输出附加阻尼控制信号，作用在双馈风机转子侧变流器的q轴参考电压信号中，并提出了基于粒子群算法的控制器参数优化设计方法。仿真验证了所提控制器具有较强的适应性，在线路串补度、风速等工况条件改变时能维持良好的次同步振荡抑制效果，在所有测试工况下均优于传统附加阻尼控制器和采用紧格式动态线性化的无模型自适应控制器。     

引入故障恢复信号的VSC-HVDC附加阻尼控制研究

基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力。VSCHVDC附加阻尼控制能有效地抑制交流系统的低频振荡。讨论了附加阻尼控制器的限幅环节对控制效果的影响,然后提出了引入故障恢复信号的附加阻尼控制。故障恢复信号为指数规律衰减信号,将其与附加阻尼控制器输出信号叠加,作为直流功率调制的参考信号,以减小直流功率调制前期的直流功率幅值。并在直流电压波动的允许范围内,使直流功率调制过程趋于理想的自由衰减振荡,比无故障恢复信号的附加阻尼控制衰减更快,从而显著减小限幅环节的影响。还给出了直流电压波动随直流功率波动变化的关系曲线。仿真结果验证了所提附加阻尼控制方法的有效性。     

基于协同控制理论的非线性直流附加控制器设计

为提高高压直流联络线所连交流系统的暂态稳定性,针对大规模交直流互联电网的非线性及其建模的不准确性,设计了一种新型的基于协同控制的直流附加控制器并将其用于多区域交直流混联系统中。首先根据各区域惯量中心设计合适的宏变量和流形,推导出基于协同控制直流附加控制器的解析表达式;然后以区域惯量中心角频率偏差和直流功率偏差最小为目标函数,采用遗传算法优化控制器参数;最后将所设计的控制器分别用于两区域交直流并联系统和多馈入系统,并采用PSCAD搭建详细模型进行时域仿真。仿真结果表明,与基于极点配置线性化方法和基于滑模控制非线性方法的直流附加控制器相比,提出的协同控制方法具有更好的控制效果,能够有效地抑制区间功率振荡。此外,该控制器的推导对系统模型的依赖性不强,且对不同负荷模型、不同运行方式和广域测量信号的延时具有较强的鲁棒性。     

非并联运行交直流系统直流调制原理及附加控制器设计

针对交直流非并联运行的系统结构,首先理论推导了该结构下利用直流功率调制抑制交流系统低频振荡的机理,并给出了影响直流调制效果的关键因素;然后引入扩展留数比指标作为直流附加控制器输入信号选择依据,采用测试信号法对系统进行小干扰稳定分析和扩展留数比计算,按照补偿留数相位的方法对直流附加控制器参数进行整定;最后通过测试算例和西北电网实际工程算例仿真验证了所设计的直流附加控制器能够有效阻尼非并联运行交直流系统的区域间功率振荡。     

基于模糊算法的自适应忆阻PI控制系统设计

为了解决传统模拟PI控制器参数不易整定以及面对被控对象发生变化时无法在线进行参数调整的问题，引入了忆阻器件实现了控制器参数可在线调整。同时针对忆阻器阻值大小不易确定的问题，引入了模糊算法，将模糊算法与忆阻PI控制器进行结合，设计了一种模糊忆阻PI控制系统，实现了控制器参数的自适应调整。在理论推导的基础上，进行了Multisim仿真与电路实验。结果表明，基于模糊算法的自适应忆阻PI控制系统与传统模拟PI控制器相比，参数可以进行在线调整，具有较强的自适应能力，且基于模糊算法的自适应忆阻PI控制系统可以将系统的超调量降低66.27%，具有更好的跟踪性能。     

基于广域测量系统的电力系统低频振荡的抑制研究

提出了一种基于广域测量系统的附加励磁阻尼控制器(Supplementary Excitation Damping Controller,SEDC),以提高电网系统振荡阻尼的方法。对于电力系统低频振荡信号的非线性、非平稳的特性,采用改进的HHT(Hilbert-Huang Transform)方法在线辨识低频振荡的模态,根据在线辨识结果利用粒子群优化算法对控制器中的电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS)进行参数优化,从而在暂态运行的情况下提供有效阻尼,抑制低频振荡。通过仿真结果证明,此控制器可以更好的提高系统的稳定性。     

交直流互联系统区间振荡广域阻尼控制系统设计

针对交直流互联系统区间振荡问题,构建了基于特征值转移因子理论的统一协调广域阻尼控制方案。首先,提出了能够反映多维振荡模式转移关系的非负定特征值转移因子矩阵,推导了能够统一协调各直流附加控制器的最优控制输入向量。然后,根据特征值转移因子矩阵的特征,利用可控性指标选择合适的控制器落点,同时利用贡献因子优选反馈信号。对美国西部电网频域和时域仿真结果表明,广域阻尼控制系统能够有效协调多个直流附加控制器,统一将不稳定区域的多个振荡模式快速、平稳地转移到稳定区域,同时该系统在通信延时、信号缺失以及参数不确定性等情况下     

双馈风电机组抑制电力系统低频振荡的鲁棒控制策略

针对大规模风电场接入电力系统面临的低频振荡问题,提出了一种双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)附加鲁棒控制策略,通过控制双馈风电机组的转子侧无功输出向系统注入无功功率以达到提升系统阻尼的目的。首先采用TLS-ESPRIT辨识算法辨识出系统模型,然后采用基于区域极点配置的鲁棒控制理论设计附加阻尼控制器。为对所提控制方法相比于传统控制方法的优势,设计了基于极点配置的阻尼控制器。最后在PSCAD软件中搭建含风电的两区域模型验证所提控制方法的有效性。仿真结果表明DFIG附加鲁棒控制器能有效抑制电力系统低频振荡,具有较好的鲁棒性。     

Design of an ANN tuned adaptive UPFC supplementary damping controller for power system dynamic performance enhancement

A supplementary damping controller for a unified power flow controller (UPFC) is designed for power system dynamic performance enhancement. To maintain a good damping characteristic over a wide range of operating conditions, the gains of the UPFC supplementary damping controller are adapted in real time, based on online measured transmission line loadings (active and reactive power flows). To speed up the online gain adaptation process, an artificial neural network is designed. A major feature for the proposed adaptive UPFC supplementary damping controller is that only physically measurable variables (active and reactive power flows over the transmission line) are employed as inputs to the adaptive controller. To demonstrate the effectiveness of the proposed adaptive UPFC supplementary damping controller, computer simulations are performed on a power system subject to a three-phase fault. It is concluded from the simulation results that the proposed adaptive UPFC supplementary damping controller can yield satisfactory dynamic responses over a wide range conditions. The electromechanical mode with an oscillation frequency around 0.78 Hz has been effectively damped by the proposed damping compensators.     

Enhancement of power system dynamic performance through an on-line self-tuning adaptive SVC controller

Static VAr compensators (SVC) are used for voltage control of long distance bulk power transmission lines. By using a supplemental control loop an SVC can also be used to improve the dynamic and transient stability of a power system. Use of a self-tuning adaptive control algorithm as a supplementary controller for the SVC is presented in this article. The control derived is based on a pole-shifting technique employing a predicted plant model. Simulation studies on a simple power system model showed rapid convergence of the estimated plant parameters with an extremely good damping profile. The controller has been tested for ranges of operating conditions and for various disturbances. The effectiveness of the adaptive damping controller was also evaluated through an ‘optimized’ PI controller.     

An adaptive neuro-control approach for multi-machine power systems

We investigate an adaptive neuro-control approach, namely goal representation heuristic dynamic programming (GrHDP), and study the nonlinear optimal control on the multi-machine power system. Compared with the conventional control approaches, the proposed controller conducts the adaptive learning control and assumes unknown of the power system mathematic model. Besides, the proposed design can provide an adaptive reward signal that guides the power system dynamic performance over time. In this paper, we integrate the novel neuro-controller into the multi-machine power system and provide adaptive supplementary control signals. For fair comparative studies, we include the control performance with the conventional heuristic dynamic programming (HDP) approach under the same conditions. The damping performances with and without the conventional power system stabilizer (PSS) are also presented for comparison. Simulation results verify that the investigated neuro-controller can achieve improved performance in terms of the transient stability and robustness under different fault conditions.     

双馈风电机组附加阻尼控制器与同步发电机PSS协调设计

针对大规模双馈风电机组接入电力系统后的区间低频振荡问题,提出了一种协调双馈风电机组附加阻尼控制器和同步发电机电力系统稳定器(PSS)的设计策略。首先,考虑风电机组的机械部分、电气部分和控制结构,建立了双馈风电机组的机电暂态模型和附加阻尼控制器模型。在闭环电力系统线性化模型的基础上,提出利用动态指标值的优化模型来协调整定双馈风电机组附加阻尼控制器和同步发电机PSS的控制参数,并使用粒子群算法求解优化模型的全局最优解。最后,通过2个标准仿真系统算例,对比传统的阻尼控制器设计策略,验证了所设计策略的有效性和实用性。     

基于多级线性最优方法的多频段直流附加阻尼控制器设计

通过总体最小二乘-旋转不变技术辨识出系统振荡模式和降阶模型,对应系统的不同振荡模式,利用巴特沃斯带通滤波器将控制器分解为多个频段,基于多级线性最优方法控制和阿克曼公式,设计出带状态观测器的多频段高压直流附加阻尼控制器,为不同频段的振荡模式提供阻尼,实现同时抑制低频振荡和次同步振荡的功能。同时,在PSCAD实际系统中进行了仿真实验,并对比线性二次型最优控制和比例积分控制,证明了本文所设计控制器的有效性和鲁棒性,对于工程实践具有一定意义。     

考虑时滞影响的SVC广域附加阻尼控制器设计

本文提出了考虑时滞影响的静止无功补偿器(SVC)广域附加阻尼控制器的设计方法。以含有SVC的新英格兰电力系统为例,通过几何可控/可观度分析选择SVC的附加阻尼控制器的广域输入信号,采用留数法计算得出了其时滞补偿参数,随后采用时滞稳定性判据分析了含有SVC常规附加阻尼控制器的增益与闭环电力系统的时滞稳定裕度的关系,最后根据时滞稳定裕度结果确定了SVC附加阻尼控制器的增益。仿真结果表明,考虑时滞影响的SVC附加阻尼控制器既能够提高系统的阻尼特性,又具有一定的时滞鲁棒性。     

基于混合H2/H∞控制理论的交直流并联系统机网阻尼协调控制

针对交直流并联运行系统阻尼不足、存在区域间低频振荡的问题,文中提出一种基于混合H_2/H_∞控制理论的交直流并联系统的机网阻尼协调控制策略。首先采用最小二乘-旋转不变算法辨识出系统振荡模式和开环降阶模型,结合混合H_2/H_∞控制理论,在高压直流输电和发电机中设计了附加鲁棒阻尼控制器,该控制器采用线性矩阵不等式的求解方法和输出反馈构造,求解容易,控制器构造简单,具有较强的鲁棒性。最后在PSCAD/EMTDC中搭建四机两区域测试系统,并与传统附加阻尼控制器对比,仿真结果验证了机网阻尼协调控制的有效性、鲁棒性。     

多馈入交直流输电系统的模糊控制器协调优化算法

设计了一套阻尼区域间功率振荡的模糊控制器。在多馈入交直流输电系统的直流功率控制系统和发电机励磁系统中同时采用了该模糊控制器,并对影响其性能的关键参数进行了协调优化。为了解决优化结果容易限于局部最优的问题,采用了遗传算法进行全局并行寻优,同时引入序优化理论在概率意义上保证优化解的质量。仿真结果表明:与常规阻尼控制器相比,模糊控制器能更好地提高交直流互联系统的动态稳定性且具有鲁棒性。序优化遗传算法比传统遗传算法具有更稳定的性能,可作为多馈入交直流输电系统的模糊控制器参数协调优化的一种有效方法。