基于CNN-LSTM网络的电网电压稳定紧急控制策略

运行方式的复杂多变性、扰动故障的不确定性、电力电子设备的弱抗扰性为交直流混联电网的安全稳定运行带来了巨大挑战。为保证大扰动故障后电网电压的稳定，提出一种基于卷积神经网络(CNN)和长短期记忆(LSTM)网络的响应驱动紧急控制策略。首先，分析关键母线节点电压时序值和电压稳定水平的映射关系，离线建立基于CNN-LSTM网络的大干扰电压稳定评估模型。然后，采用评估模型预测备选切机、切负荷点控制措施动作后电网电压稳定水平的提升量，确定响应驱动紧急控制措施灵敏度。最后，考虑紧急控制措施灵敏度，建立计及电网实际运行约束的紧急控制优化问题，求解得到最优紧急控制策略。面向存在电压失稳问题的交直流混联电网实际场景，仿真结果验证了所提响应驱动控制灵敏度预测方法的准确性，电压稳定紧急控制措施优化协调策略可以保证大扰动故障后电网的安全稳定运行。     

交直流电力系统暂态安全稳定在线紧急控制策略并行算法

针对在线策略优化约束和控制措施考虑不足以及计算速度无法满足在线要求等问题,基于参与因子、综合电气距离、无功电压灵敏度及安全稳定裕度,提出了直流系统功率紧急调制、切机、切负荷和局部电网解列的量化控制性能指标和两阶段在线策略优化集群计算方法。在各阶段计算中,依据控制措施性能指标进行措施组合,形成计算任务,按控制代价对计算任务排序形成调度队列,提交集群系统进行并行计算。首先计算暂态功角稳定紧急控制策略,实现直流紧急调制与切机和匹配切负荷的协调;然后,在暂态功角稳定策略的基础上,进行暂态电压和频率安全稳定策略的计算,实现暂态功角稳定控制与暂态电压和频率安全稳定控制的协调。仿真实例验证了算法的有效性。     

考虑电压暂降指标的电压协调控制方法研究

针对电压暂降给敏感负荷带来严重损失的问题,提出一种改进的紧急电压控制方法。通过STATCOM动态无功补偿和紧急切负荷控制策略协调补偿故障电压,改善电压暂降发生概率。首先,基于蒙特卡洛方法搭建故障模型,并计算电压暂降发生概率。接着,构建年总支出费用函数,优化求解费用最小所对应的STATCOM最优容量。进一步地,针对不同故障给节点造成不同的电压暂降深度,引进紧急切负荷控制。综合运用STATCOM补偿和切负荷控制手段,优先进行STATCOM补偿,但当STATCOM补偿容量达到上限时,进行紧急切负荷控制,最大限度抑制并降低电压暂降发生概率。最后,以广东东莞片区为例进行分析,仿真验证所提出方案的正确性和有效性。     

针对暂态电压稳定问题的自动电压控制系统与切负荷协调控制策略

建立了暂态电压稳定分析的微分代数方程组,并提出了应对暂态电压稳定问题的自动电压控制(automatic voltage control,AVC)体系下二级电压紧急控制与切负荷协调控制策略。该协调控制策略把低压切负荷作为与AVC体系下二级电压紧急控制并行的一种控制手段,在这种协调控制的过程中优先考虑采用二级电压紧急控制,当计算发现仅依靠二级电压紧急控制不能使系统保持暂态电压稳定的时候再采用切负荷控制。在PSAT仿真环境下建立了含AVC体系下二级电压紧急控制和切负荷控制的电力系统暂态电压稳定仿真模型,对广东电网748节点系统进行仿真,验证了所提出的控制策略和模型的正确性和有效性。     

基于最优控制原理的电力系统紧急控制及应用

基于时域方法仿真得到系统受扰轨迹,并结合实际电网安全稳定控制系统的配置情况和运行要求,给出了暂态稳定下最优紧急控制模型。采用了启发式故障后轨迹相对功角最大值小于门槛值作为暂态稳定约束条件,通过引入变分原理,推导了暂态稳定约束条件对控制量的灵敏度。通过建立线性规划模型,把微分代数方程所描述的电力系统紧急控制转化为以切机切负荷为控制量的最优控制问题。文中提出的暂态稳定紧急控制模型与时域仿真方法具有同等的适应性。广东电网的计算结果表明,文中方法对紧急控制策略灵敏度的确定高效且实用,对保证电网安全稳定运行有重要意义。     

基于变压器和负荷需求响应协调的配电网实时电压控制策略

针对计及分布式电源(distributed generator,DG)的配电网实时电压控制问题,本文提出一种基于变压器和需求响应(demand response,DR)协调的配电网实时电压控制策略.该策略利用数据终端采集的实时测量数据,确定变压器分接开关状态和维持电压稳定的负荷减载需求.此外,文中建立了负荷电压灵敏度矩阵,该矩阵可用于需求响应中的电压灵敏度分析.最后,通过仿真验证了所提策略的有效性和鲁棒性.结果表明,合理选择负荷减载可以改善电压分布,并能在紧急情况下,有效保持配电网电压在允许范围内.     

应用MPC和轨迹灵敏度技术实现最优协调电压控制

基于模型预测控制的基本思想,设计了一种紧急电压控制器,协调各种不同类型和性质的控制手段来维持系统的长期电压稳定性。在预测控制模型的目标函数中,考虑了控制实施代价和负荷节点电压偏差;其等式约束条件为连续—离散时间微分—代数方程组。采用混合动力系统的轨迹灵敏度技术先将该模型线性化得到一个二次规划问题,并采用Matlab中的二次规划函数来求解。在IEEE 50机145节点系统上的仿真结果表明,所提方法具有数值稳定性好和计算速度快的优点。     

基于灵敏度分析的直流受端系统紧急切负荷控制优化方法

该文提出一种基于灵敏度分析的直流受端系统紧急切负荷控制优化方法。首先,分析直流闭锁后受端系统的暂态稳定裕度以及切负荷量对暂态稳定裕度的灵敏度;接着,以紧急负荷控制的经济代价为目标,以最大摇摆角、最低频率、最低暂态电压稳定裕度及最大可控负荷等为约束条件,建立紧急切负荷控制优化问题的数学模型。为解决人工智能算法计算量大,难以实施的困难,应用灵敏度方法,将非线性动态优化问题近似为线性规划问题,迭代求解直至收敛到最优解。为克服可能收敛到局部最优解的不足,采用了多初值寻优的方法。最后,以河南省电力系统为例验证算法的有效性,结果表明算法可有效减小计算量,提高优化速度,在确保系统暂态稳定的前提下大大降低了控制代价。     

应用MPC和轨迹灵敏度技术实现最优协调电压控制

基于模型预测控制的基本思想,设计了一种紧急电压控制器,协调各种不同类型和性质的控制手段来维持系统的长期电压稳定性.在预测控制模型的目标函数中,考虑了控制实施代价和负荷节点电压偏差;其等式约束条件为连续-离散时间微分-代数方程组.采用混合动力系统的轨迹灵敏度技术先将该模型线性化得到一个二次规划问题,并采用Matlab中的二次规划函数来求解.在IEEE 50机145节点系统上的仿真结果表明,所提方法具有数值稳定性好和计算速度快的优点.     

直流馈入受端电网暂态电压与频率稳定紧急协调控制策略

为应对多直流馈入受端电网直流闭锁故障导致的暂态电压和暂态频率稳定问题,提出一种综合考虑直流功率紧急提升、调相机紧急控制和切负荷的紧急协调控制策略。首先,采用了基于多二元表的暂态稳定裕度指标,分析了直流功率紧急提升和调相机紧急控制对受端电网暂态电压稳定的影响,提出了受端电网多控制手段紧急协调控制方案。其次,基于该控制方案,计及暂态电压和暂态频率稳定约束,以控制代价最小为目标,建立了多控制手段下受端电网紧急协调控制优化模型。然后,采用灵敏度法将模型线性化,考虑了直流功率紧急提升对暂态电压稳定的负面影响,并采用逐次线性规划方法求解。最后,通过华东电网实际案例结果验证了所提控制策略的有效性。     

通用电能质量控制器直流侧电压控制建模与分析

为了对通用电能质量控制器直流侧电压进行更为有效的控制,提出一种用于三相三线通用电能质量控制器(UPQC)直流侧电压控制的外环模型。在所得模型的基础上利用经典控制理论分析了实际UPQC的补偿能力;并通过分析抗扰动性能,采用比例积分调节器时电压环稳定性以及采用比例调节器时电压环稳定性,详细比较了直流侧电压的两种控制方法——反馈控制和复合控制(反馈加前馈控制)。仿真和实验结果验证了UPQC的最大补偿能力,同时表明复合控制具有较好的抗扰性能,以及在比例调节器下具有较好的相对稳定性。     

静止同步补偿器电压控制策略

为寻求性能优良、容易实现的配电静止同步补偿器(DSTATCOM)的电压控制策略,根据DSTATCOM系统中的瞬时功率平衡理论,推导出了DSTATCOM用于控制电压时的直接电压控制策略。该控制策略中无需电流检测电路,跟传统的串级控制相比较具有控制简单、响应速度快等优点;针对直接电压控制策略中控制器的控制性能受系统参数影响较大的缺陷,提出了DSTATCOM的直接电压模糊PI控制策略,使根据瞬时功率平衡的直接电压控制具有更好的控制性能;同时考虑到实际电网中的电压不平衡现象普遍存在,在DSTATCOM电压控制器中引入电网电压负序分量的前馈控制,从而有效的提高了DSTATCOM在电网电压不平衡条件下的生存能力。理论分析和仿真结果证明了所提控制方法的正确性和有效性。     

Optimal coordinated voltage emergency control against voltage collapse

This paper presents a novel model for optimal coordinated voltage emergency control (OCVEC). It takes account of the dynamics of loads and discrete/continuous nature of controls with coordination of dissimilar controls at different geographical locations in order to keep the desired voltage profiles against voltage collapse during an emergency. An integration index of the bus voltage deviation is adopted as the voltage stability performance index. The sensitivities of this performance index with respect to controls are derived using the optimal control theory. Since the sensitivities can be evaluated using the fast quasi-steady-state time domain simulation results, the intractable OCVEC model can be transformed into a tractable problem of quadratic programming. The effectiveness of the proposed model and its solution strategy is validated by case studies on the New England 39-bus and Nordic 32 power systems.     

蚁群优化PI控制器在静止无功补偿器电压控制中的应用

静止无功补偿器(static var compensator,SVC)通常用来进行负荷补偿或系统补偿,在系统补偿时往往用于电压稳定控制,针对电压稳定控制的工况,文中提出一种采用蚁群算法优化PI控制器参数的方法,克服了常规PI控制对被控对象数学模型的依赖性,简单易于实现。蚁群优化算法中,以时间与误差绝对值乘积积分(integral of time-weighted absolute error,ITAE)准则作为寻优目标函数,对PI控制器的比例、积分参数进行调整、寻优,使SVC系统的响应过程达到最优。仿真和实验结果表明,该最优PI控制器能快速跟踪SVC系统的电压设定值,基于该PI控制器的SVC能迅速进行无功补偿,具有较强的适应性和较高的补偿精度。     

协调电压控制问题的准稳态模型及其间接动态优化算法

针对长期电压稳定具有慢动态的特点,在准稳态假设的基础上,建立含连续-离散时间微分-代数方程约束的最优协调电压控制模型。并采用现代最优控制理论中的间接法求解该动态优化问题,根据Pontryagin最大值原理建立一阶最优性条件,将动态优化问题转化为两点边值问题,采用多重打靶法求解。此外,为考虑有载调压变压器变比、可投切电容器组和待切除负荷的离散特性,还在控制模型中引入了离散变量的罚函数处理机制。从新英格兰10机39节点系统的仿真结果可看出,所提出方法能有效地协调各种控制设备动作,从而增强系统的长期电压稳定性。     

配电网静止同步补偿器新型双闭环控制策略

配电静止同步补偿器在配电网中能有效的解决电压跌落等动态电压质量问题。针对dq0坐标系下DSTATCOM系统数学模型强耦合、非线性的特点,提出一种模糊比例积分(PI)控制和最优跟踪控制相结合的DSTATCOM电压控制策略。在该控制策略中,电压外环采用模糊自适应PI控制,克服了传统固定增益PI调节器参数难以整定、自适应性差的缺陷。电压外环的输出作为电流内环的指令信号。电流内环采用基于最优跟踪控制的多变量控制器设计方法,避免了有功/无功电流的耦合作用给控制器设计带来的困难。仿真和实验结果表明,所提的DSTATCOM电压控制策略性能优良、结构简单、容易实现,满足DSTATCOM电压控制的要求。     

有源滤波装置直流侧电压控制瞬时能量平衡建模

针对有源滤波装置直流侧电压进行更为有效控制的问题,文中应用瞬时能量平衡建模法推导出了一种用于三相三线有源滤波装置(APF)的直流侧电压控制数学模型。基于推导的数学模型利用经典控制理论得到稳态模型框图。根据比例积分调节器的闭环控制模型和劳斯判据中系统稳定条件,研究了系统的稳定性,并详细讨论在闭环控制方式下比例积分调节器的比例系数KP和积分系数KI的选取原则。仿真和实验结果验证了文中提出的比例系数KP和积分系数KI的选取原则是切实可行的,同时表明比例积分调节器闭环控制对于有源滤波装置直流侧电压控制具有较好的相对稳定性。     

基于功率平衡的微电网多逆变器并联电压控制

针对目前微电网多逆变器并联电压易受到谐波特性的影响,导致电压输出的稳定性较差、微电网多逆变器的稳态性和输出增益较低的问题,提出了基于功率平衡的微电网多逆变器并联电压控制方法。结合电容参数和电压参数的融合跟踪方法对微电网多逆变器并联谐波进行准确跟踪,对谐波进行功率平衡处理,提取功率平衡处理后逆变器并联电压的静态电压输出特征量;结合功率分配计算方案,建立并联电压的功率平衡状态模型,实现微电网多逆变器并联电压的优化控制。仿真结果表明,所提出的微电网多逆变器并联方法电压控制输出稳定性较好,提高了微电网多逆变器的稳态性和输出增益,具有较好的稳压性和传输控制能力。     

基于有限控制集模型预测控制的APF控制策略仿真

为提高三相四线制电容中分型有源电力滤波器(APF)的稳态和动态补偿特性,引入有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)作为其电流控制策略。首先建立并推导了系统在三维αβγ坐标系下的离散预测模型,使得三相耦合和不平衡电流问题得以解决;并根据预测模型,计算出所有预测电流,通过遍历法找到最优开关状态作为输出,达到快速跟踪指令电流的目的,无需调制环节,控制十分简单;同时采用双环PI控制实现直流侧电容电压的稳定和平衡。最后,通过与复合控制方法的仿真比较,验证了该策略在APF系统控制中的可行性和有效性。     

A modified sliding-mode controller-based mode predictive control strategy for three-phase rectifier

In three-phase pulse width modulation rectifiers, proportional integral (PI) has been used in voltage outer-loop to obtain the active current reference when using the conventional model predictive control strategy. However, the performance of the dynamic response is poor as large step and longer settling time are required on the active power under the load variation. To cope with this problem, a sliding-mode controller can be employed to replace the PI controller. Nevertheless, the sliding-mode variable structure control is discontinuous which leads to the chattering problem. In this work, a novel control strategy which combines a simplified model predictive control and a modified sliding-mode control is proposed and investigated. The proposed strategy is supposed to reduce the effect of unexpected disturbances such as the DC-link voltage step and the load variation. Simulation and experiments have been conducted for validation. The results indicate that the proposed strategy is feasible and has excellent dynamic response. Furthermore, it is easy to design and implement.