基于变结构控制理论的高压直流附加频率控制器设计

针对因故障扰动或负荷投切引起电力系统频率振荡的问题,提出一种基于变结构控制理论的高压直流附加频率控制器设计方法。利用TLS-ESPRIT算法辨识出系统的低阶线性化模型;基于二次最优型的变结构控制原理设计高压直流附加频率控制器,通过直流功率的快速调节来抑制交流系统中因功率不平衡引发的频率振荡;利用极大极小值原理和改进粒子群优化算法对控制器参数进行优化。在PSCAD/EMTDC中搭建某实际电网模型进行仿真验证,并与传统PI控制器进行对比分析。仿真结果表明所提控制器对不同故障引发的系统频率振荡都具有更好的抑制效果,能明显提升系统频率稳定性,且具有较强的鲁棒性。     

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。     

改进的人工鱼群算法设计次同步阻尼控制器

为了抑制次同步振荡SSO(subsynchronous oscillation),提出了一种改进人工鱼群算法,并基于该算法利用美国电力研究院EPRI(electric power research institute)提出的抑制直流系统次同步振荡的基本原理,设计次同步阻尼控制器。将控制器参数视为自适应参数,以阻尼比为自适应函数,通过改进人工鱼群算法,计算出最优的控制器参数,达到抑制SSO的目的。以2012年四川电网向家坝-上海直流系统的送端交直流混合输电系统为例,验证了该阻尼控制器的有效性。     

基于CKMTOA-KELM优化ADRC的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统自抗扰控制器(ADRC)中扩张状态观测器(ESO)的观测扰动项较大,提出一种基于改进核函数极限学习机(KELM)优化自抗扰控制器的永磁同步电机直接转矩控制方法。采用混沌分子动理论优化算法(CKMTOA)优化KELM模型的核参数和惩罚系数,得到CKMTOA-KELM最优回归模型;CKMTOA通过引入混沌搜索防止算法陷入局部最优,采用自适应惯性权重因子提高算法的收敛速度。最后,将该模型嵌入ADRC中对其进行优化及分析,以提高系统动态响应速度和抗干扰能力,增强系统鲁棒性。仿真实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

基于二次系统优化的储能变流器惯性提升方法

为了提升储能系统的虚拟惯量,提高电力系统的稳定性,针对储能变流器,给出了一种基于二次系统优化储能变流器惯性提升方法。通过构建完整的状态空间模型,分析了在不同控制器参数下系统的动态特性,揭示了虚拟同步机的振荡特性。在此基础上,设计了基于状态观测器的线性二次型最优控制器,并对储能电站二次系统进行优化,在保证交直流系统稳定性的前提下,弥补了传统虚拟惯性控制器对稳定性的不利影响。基于DIgSILENT/PowerFactory和Matlab的联合仿真验证了所构建状态空间模型的精确性和控制器的有效性。     

燃煤电厂协调控制系统故障诊断与容错控制应用研究

基于多模型自适应滤波技术和线性二次型最优控制提出了电厂锅炉汽机协调控制系统的故障诊断和容错控制方案。建立了包含协调控制系统正常和可能发生的各种故障模式的系统模型集，并根据系统模型集以及系统实时输入输出数据进行多模型自适应滤波，从而实现故障诊断；然后根据故障诊断结果以及针对每个模型设计的线性二次型最优基本控制器，实现控制律的在线重组和主动容错控制。最后将上述故障诊断和容错控制方法应用于某300MW燃煤电厂协调控制系统中，仿真结果表明算法的有效性。     

基于逆系统方法的非线性最优控制

基于逆系统方法和线性二次型调节器(LQR)最优控制理论,提出了非线性系统中控制器的一般设计方法,并验证了应用逆系统方法线性化后的线性系统的二次型最优状态调节控制的性能指标等价于原非线性系统的扩展二次型最优输出调节控制的性能指标,从而说明在线性系统下设计的最优控制器也是原非线性系统的最优控制器。同时,以电力系统为例,设计了基于广域信息的非线性全局综合控制器,该控制器的性能指标保证了发电机端电压的恒定和机组间的振荡最小。仿真结果表明,与常规控制器相比,非线性全局综合控制器更能减小系统的过渡时间、振荡次数及振荡幅度,更快地使系统的功角和电压趋于稳定。     

矢量控制神经网络线性二次型调节器的设计

本文给出了一种矢量控制神经网络线性二次型调节器的设计方法。将感应电机模型近似成五阶线性时变系统,以此来设计线性二次型状态反馈控制器,并由神经网络来表示状态反馈增益与转速的映射关系,从而实现对感应电机的控制。系统无需自适应算法就可获得较强的鲁棒性。仿真结果表明该调节器可获得优良的动、静态调速性能。     

基于改进BBO算法的SSSC阻尼控制器优化设计

串联补偿技术的大规模应用会造成发电机组次同步振荡（SSO）,影响电力系统的安全运行。为有效提高静止同步串联补偿器（SSSC）阻尼控制器的控制效果,提出一种改进的生物地理学优化算法（BBO）,将其用于SSSC阻尼控制器的优化设计中,以实现抑制发电机组的次同步震荡。利用Prony算法具有良好的模态识别效果的特点,对输出信号进行准确分析得出系统的特征值,从而来识别系统的振荡频率;通过结合改进BBO算法和Prony算法设计了SSSC阻尼控制器,并对控制器参数进行了优化;在PSCAD平台上搭建IEEE第一标准模型进行仿真分析。结果表明,采用改进BBO算法优化设计的SSSC阻尼控制器,能够快速有效抑制发电机组的次同步振荡,保证机组的安全运行。     

基于模糊PID阻抗控制的TCSC研究

设计了可控串联电容补偿装置(TCSC)的模糊自适应整定PID阻抗控制器,克服了传统PID控制的不足,具有较强的鲁棒性,使控制质量提高。结合逆系统方法和二次型最优控制理论,设计了双机系统的TCSC非线性最优稳定控制器。根据TCSC非线性最优控制器在线计算的容抗值作为命令容抗,通过模糊PID控制器使TCSC实现该命令容抗。仿真结果表明所设计的控制器有效地阻尼系统振荡,提高了系统的稳定性。     

电力系统阻尼控制中的在线递推闭环子空间辨识

提出了电力系统阻尼控制中状态空间模型的在线递推闭环子空间辨识算法。在闭环条件下,基于广域测量信息,在线地辨识了包含主导低频振荡模式的系统降阶状态空间模型,并依此在线设计和更新线性二次最优部分输出辅助区间阻尼控制器以抑制区间低频振荡模式。算法具有良好的数值稳定性和较低的时间复杂度,能够实现系统模型的递推更新和辅助阻尼控制器参数的在线调整。8机36节点系统的仿真验证了算法的有效性。     

并联型有源滤波器直流电压的简单自适应控制

提出了一种基于二次性能指标的简单自适应控制算法,通过采用滞环电流控制产生了脉宽调制的开关信号,设计了并联型有源滤波器直流电压控制器。仿真结果表明,与常规的比例–积分控制相比,对并联型有源滤波器直流电压采用简单自适应控制可获得更好的动态性能,且负载变化时的鲁棒性更好。     

基于线性最优控制的交直流低频振荡附加阻尼控制器设计

对于低频振荡抑制问题,提出了一种新的电力系统稳定器(PSS)及直流附加控制的设计方法。通过改进的总体最小二乘-旋转不变(TLS-ESPRIT)辨识技术分析系统振荡特性,再对各个振荡模态分别辨识出相应的被控传递函数,最后利用带观测器的线性最优控制(LQR)方法设计出相应控制器,达到抑制低频振荡的目的。在设计过程中,利用基于LQR的PSS抑制区域内低频振荡,区域间低频振荡通过基于LQR的直流附加控制完成。     

MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)技术已得到广泛运用,但传统基于dq同步旋转坐标系的双闭环PI控制中电流内环需要依赖系统数学模型进行前馈解耦补偿,并且一阶非线性自抗扰控制器设计参数过多、整定困难。针对上述问题,提出了MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略。设计了MMCHVDC的双闭环二阶线性自抗扰控制器,实现了有功和无功功率的完全解耦控制,所设计控制器还具有响应速度快、抗扰能力强以及不依赖被控对象数学模型等优点;为了降低桥臂子模块的开关次数,改进了子模块电容电压平衡控制算法;在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计控制器具有良好的控制性能和电容电压平衡控制算法的有效性。     

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。     

Adaptive one‐step‐ahead optimal controller based on WLS schemes

An optimal adaptive control technique for the discrete linear systems is discussed in this paper. The system parameters are unknown and one‐step‐ahead adaptive control design is based on the input matching approach and the weighted least‐squares (WLS) algorithm. It is shown that the adaptive stochastic system is globally closed‐loop stable and the system identification is consistent. The adaptive controller converges to the one‐step‐ahead optimal controller. Finally, some simulation examples are given to demonstrate the reliability of the new optimal adaptive control algorithm. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于自适应PSO的微电网双向DC-DC变换器前馈自抗扰控制

针对传统PI控制光储微电网系统双向DC-DC变换器存在的直流母线电压波动大、充放电有效性差、抗干扰能力弱等问题,设计了一种基于自适应粒子群优化(APSO)的双闭环控制策略。首先,建立双向DC-DC变换器的数学模型。其次,设计了包括电压环线性自抗扰控制(ADRC)、电流环PI控制的双闭环控制系统,并在电压环中加入前馈控制以增强控制系统的鲁棒性。然后,针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,提出了一种基于APSO算法的参数优化系统,该算法引入了自适应惯性权重因子,使惯性权重在粒子群迭代过程中可以动态调整以获得更佳的寻优效果。最后,设计一种带罚函数的时间乘以误差绝对值积分(ITAE)指标作为适应度函数,实现了前馈线性自抗扰控制(FF-LADRC)系统控制参数的自主寻优。MATLAB仿真结果表明,所提控制策略能够有效减小直流母线电压波动,提升储能系统的充放电性能,解决了线性自抗扰控制器参数整定问题。     

STATCOM抑制低频振荡及稳定电压在风电场中的应用研究

连接到电网的大型风电场将影响系统的稳定性,因此,提出了一种结合阻尼支持和电压稳定的STATCOM附加控制方法。首先分析了STATCOM提供阻尼转矩和保持电压稳定二者的相互影响机理并提出基于自抗扰的控制方法,然后通过协调优化算法,对控制器的相关参数进行了优化设计,在保证稳定电压的同时有效抑制了低频振荡。典型的4机2区域系统由Digsilent平台搭建,并进行了仿真研究实现电压控制和阻尼控制的协调,更好地抑制了系统振荡并提高系统稳定性。     

自适应逆推励磁控制器设计

发电机的阻尼系数通常难以准确测量,使得电力系统是一个典型的参数不确定非线性系统.通过对含励磁控制的单机无穷大电力系统的精确反馈线性化,利用逆推控制与自适应机制相结合设计了逆推自适应励磁控制器.其所含的自适应增益控制可以对未知参数进行实时的估计,该控制器能使参数不确定的电力系统保持在Lyapunov意义下的渐近稳定.仿真结果表明,该控制器能有效地稳定电力系统,维持机端电压.