新能源电网中微电源并网控制策略研究

为了保证分布式发电安全并网运行,提高微电网的稳定性能,研究了微电源逆变器接口的鲁棒控制问题。该研究基于三相并网逆变器系统,建立了三阶数学模型。考虑到系统的动态模型参数的不确定性,基于Lyapunov鲁棒稳定方法设计鲁棒控制器,并将该鲁棒稳定性问题转换为线性矩阵不等式问题,给出保证系统稳定的充分条件。采用线性矩阵不等式的凸优化技术,可求得最小鲁棒性能指标和鲁棒控制器的参数。仿真结果证明了该控制方案的有效性。     

直驱XY平台伺服系统预测鲁棒轮廓跟踪控制

针对直驱XY平台中存在的系统延迟、系统参数变化、负载扰动等不确定性以及双轴之间的耦合问题,依据模型预测控制、扰动观测及解耦控制理论,设计了一种模型预测控制器(MPC)、扰动观测器(DOB)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的预测鲁棒跟踪控制系统。利用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正提高系统的跟踪性能。DOB能够抑制系统参数变化及外部负载扰动等不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高系统的鲁棒性能。CCC能补偿两轴间的轮廓误差,解决双轴间的耦合问题。仿真实验结果表明,所设计的系统具有快速准确的跟踪性能和较强的鲁棒性能。所提出的控制方案能够有效地减小系统的轮廓误差,进而提高了XY平台的轮廓加工精确度。     

不确定互联电力系统的分散鲁棒控制

针对不确定互联电力系统,提出了一种分散鲁棒输出反馈控制器的设计方法.为了使参数不确定性符合工程实际和简化控制器的求解,引入数值界的形式对不确定性进行描述.该方法将控制器的设计归结为一组矩阵不等式的求解问题,采用同伦迭代算法,通过固定不同的变量,将非线性矩阵不等式转化为两组线性矩阵不等式并交替求解.仿真结果表明所获得的控制器使得互联电力系统鲁棒稳定,阻尼转矩充足,满足给定的性能指标,并且具有良好的抑制大扰动的能力.     

基于凸优化算法的参数不确定轮式移动机器人鲁棒PI控制

针对参数不确定的轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题,本文提出了一种基于凸优化算法的新颖鲁棒PI控制器,通过直接求解线性矩阵不等式获得其控制增益,取代了反复调试或者经验法获得PI控制增益,并确保了系统的稳定性和跟踪误差收敛性能。同时L1性能指标的设计进一步抑制了外界扰动对系统的影响,获得了满意的鲁棒性。仿真结果表明,在参数摄动的情况下设计的鲁棒PI控制器简单、有效,也适合实际轮式机器人系统轨迹跟踪控制。     

概率鲁棒随机算法在电力系统稳定控制的应用

为了解决鲁棒控制问题,提出了一种概率鲁棒随机控制设计方法。将概率鲁棒控制算法成功运用到电力系统控制中,解决电力系统控制的鲁棒问题,能很好地兼顾系统的动静态性能。该方法充分考虑了电力系统中存在的不确定参数及干扰,使发电机组具有较好的鲁棒性能。控制方法的求解过程计算量较小,其解不再是NP-hard的问题。最后,在单机电力系统仿真中,对基于概率鲁棒随机控制方法所得出的鲁棒控制律进行仿真分析与讨论,验证其有效性及优越性。     

基于模糊建模的非线性鲁棒模型预测控制

针对离散不确定模糊模型，提出了一种鲁棒非线性模型预测控制方法，导出了预测性能指标上界，将稳定性约束，输入约束和输出约束变换成容易求解的线性矩阵不等式（LMI）形式，从而将非线性模型预测控制Min-Max优化问题变换成具有线性矩阵不等式约束的广义特征值问题（GEVP）。对于采用的状态反馈预测控制器，讨论了滚动时域优化的可行性，证明了闭环系统的鲁棒稳定性。仿真结果表明了控制器的有效性。     

双轴励磁同步发电机非线性鲁棒自适应控制

利用Backstepping和扰动抑制方法设计了双轴励磁同步发电杌的自适应控制器。对于含有各种不确定参数和有界扰动的非线性双轴励磁同步杌模型，实现了对转子同步的鲁棒调节。文中的方法可用于其他不确定电力系统的控制设计。     

永磁同步电机伺服系统混合鲁棒方差控制

为了克服传统H∞鲁棒控制在控制系统设计中未考虑系统的动态特性和稳态精度的缺陷,探讨了H∞鲁棒控制在永磁同步电机伺服系统中的应用,建立了永磁同步电机伺服系统在参数摄动且存在干扰情况下的不确定线性模型,设计了一种混合鲁棒方差控制器。采用状态反馈鲁棒方差控制器作为主控制器,将系统的闭环极点配置于特定圆盘区域,保证系统良好的动态性能;通过干扰状态观测器实时估计系统负载转矩并补偿电流来提高稳态精度。仿真和实验结果表明:该混合控制策略在参数摄动和负载扰动的情况下具有快速的动态性能,相对于仅采用状态反馈鲁棒方差控制器,稳态精度由4%提高到0.5%,鲁棒性强,结构与算法实现简单。     

基于MVO算法与改进目标函数的电力系统负荷频率控制

针对风电并网时的随机波动功率、负荷频率控制(load frequency control, LFC)系统参数变化所引起的电力系统频率稳定问题,提出了一种基于智能优化算法与改进目标函数的互联电网LFC系统最优PID控制器设计方法。首先,分析了基于PID控制的含风电互联电力系统LFC闭环模型。其次,在时间乘误差绝对值积分(integral of time multiplied absolute error, ITAE)性能指标的目标函数中考虑了区域控制器的输出信号偏差,对优化目标函数进行改进。采用性能优良的多元宇宙优化(multi-verse optimizer, MVO)算法先计算后验证的思路,寻优获得最优PID控制器参数。最后,以两区域4机组互联电力LFC系统为例,仿真验证了基于MVO算法结合改进目标函数所获得的PID控制器,比基于MVO算法所获得的PID控制器,对阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、风电功率偏差扰动以及系统的参数变化,具有相对较好的鲁棒性能。并且,对控制器参数也具有相对较好的非脆弱性指标。     

基于连续马尔可夫模型的时变电力系统自适应控制策略

针对风电机组出力波动等时变因素导致电力系统运行工况变化较大的问题,提出了一种基于连续马尔可夫(Markov)模型的时变电力系统自适应控制策略。首先,构建含连续Markov时变电力系统模型的Lyapunov泛函,利用Dynkin引理,推导出具有H∞范数界γ的鲁棒随机稳定性定理。在此基础上,利用Schur补引理,考虑系统各子工况下稳态方差约束,推导出满足干扰衰减度γ和最小方差约束的鲁棒随机稳定线性矩阵不等式(LMI),并将该LMI转化为线性目标函数的最小化问题求解各子控制器。然后,利用随机梯度法辨识系统工况,确定各子控制器加权系数,构造自适应控制策略。时域仿真表明,该控制策略有效避免了固定故障集无法与当前工况合理匹配的问题。     

基于CPSOGSA算法的风-光-小水电微电网负荷频率 最优 鲁棒控制

在构建以新能源为主体的新型电力系统背景下,分布式光伏呈现高比例渗透趋势。光伏出力的波动性易引起配电网电压越限和三相不平衡问题,同时光伏逆变器的剩余容量又具有无功主动支撑作用,有利于改善电压质量。而且配电网阻感比大、电压与有功耦合明显,导致配电网电压受光伏有功无功的综合影响而更加复杂。从电压适应性角度研究配电网接纳三相和单相分布式光伏的承载能力。首先,按统计学原理分别建立最大值、期望值和众数值等反映电压质量的统计特征指标,并从光伏渗透率和接入分散程度两方面描述分布式光伏的接入特征。其次,基于历史天气数据构建典型日场景,考虑光伏主动参与无功支撑作用,运用随机模拟分析得出各节点电压质量统计指标。最后,采用AHP-CRITIC组合赋权法分别对电压偏差和不平衡指标进行一定的加权组合,综合反映电压适应性。应用OpenDSS软件进行算例分析,结果验证了所提方法的有效性。     

基于遗传算法的超导磁储能装置H2/H∞鲁棒控制器设计

提出了应用GA（遗传算法）设计H2／H∞鲁棒控制器的一般方法，使得在满足闭环系统的H∞范数小于指定的工程要求的条件下误差信号的H2范数最小，该问题可归结为一个带约束条件的极小值优化问题，并通过一种改进的遗传算法加以解决，该设计方法能对具有任意控制器结构的控制系统进行参数优化，与传统的鲁棒控制器设计方法相比，所提出的方法不仅可以提高控制器的鲁棒性，还具有易于进行参数优化的优点，将所提出的方法应用于超导磁储能装置（SMES）PI型鲁棒控制器的设计，时域仿真结果表明所设计的控制器具有很好的鲁棒性，在不同的运用工况下均能有效阻尼电力系统的振荡，此外，控制器还具有结构简单，易于工程实现的优点。     

基于串级PI-(1+PD)算法的含飞轮储能互联电网AGC控制器设计

针对传统控制器存在的响应速度较慢、超调较大及鲁棒性较差等问题,提出一种基于串级PI-(1+PD)算法的含飞轮储能互联电网AGC控制器设计方法。首先,建立含飞轮储能的两区域互联电网AGC系统模型,模拟飞轮储能联合火电机组参与AGC的过程。然后,设计一种基于串级PI-(1+PD)算法的AGC控制器。外环采用PI控制,内环采用带滤波系数的(1+PD)控制。在保证系统稳态性能的前提下,提高动态响应速度和抗扰能力,并通过粒子群算法的迭代寻优获得最优的控制器参数。最后,基于Matlab/Simulink进行算例仿真分析。结果表明：与传统PID控制和PI-PD控制相比,所提方法不仅具有更快的响应速度与更小的超调量,而且增强了系统抵御内部参数摄动的鲁棒性。     

电池储能系统参与用户侧削峰填谷的鲁棒优化调度策略

现有的用户侧调峰领域的储能调度鲁棒优化方法,缺乏考虑非线性多目标优化模型的研究。当储能出力范围直接受负荷不确定性限制时,传统列和约束生成算法无法求解此类模型。针对以上问题,文章考虑负荷、电池储能等约束条件,建立了以净负荷方差、用户侧用电支出等为优化目标的电池储能系统调度鲁棒优化模型,并同时考虑了用户负荷波动、新能源出力波动等不确定因素。由于第二阶段的决策与优化结果会影响第一阶段决策的取值范围,需要改进列和约束生成算法以实现对该类鲁棒优化问题的求解。通过将目标函数、部分约束条件视为多个子问题考虑,对原列和约束生成算法的每次迭代中的子问题求解步骤进行扩充,使每次迭代中求解多个子问题,能够有效拓宽该算法的适用范围。最后,仿真结果验证了该方法的有效性,能够在不改变传统算法性能优势的情况下成功应用于非线性多目标鲁棒优化问题。     

电池储能系统参与用户侧削峰填谷的鲁棒优化调度策略

现有的用户侧调峰领域的储能调度鲁棒优化方法,缺乏考虑非线性多目标优化模型的研究。当储能出力范围直接受负荷不确定性限制时,传统列和约束生成算法无法求解此类模型。针对以上问题,文章考虑负荷、电池储能等约束条件,建立了以净负荷方差、用户侧用电支出等为优化目标的电池储能系统调度鲁棒优化模型,并同时考虑了用户负荷波动、新能源出力波动等不确定因素。由于第二阶段的决策与优化结果会影响第一阶段决策的取值范围,需要改进列和约束生成算法以实现对该类鲁棒优化问题的求解。通过将目标函数、部分约束条件视为多个子问题考虑,对原列和约束生成算法的每次迭代中的子问题求解步骤进行扩充,使每次迭代中求解多个子问题,能够有效拓宽该算法的适用范围。最后,仿真结果验证了该方法的有效性,能够在不改变传统算法性能优势的情况下成功应用于非线性多目标鲁棒优化问题。     

Optimal Automatic Generation Control with Hydro,Thermal, Gas,and Wind Power Plants in 2-Area Interconnected Power System

Abstract

This paper explores automatic generation control (AGC) of a more realistic 2-area multi-source power system comprising hydro, thermal, gas, and wind energy sources-based power plants in each control area. The wind power plants (WPPs) have been growing continuously worldwide due to their inherent feature of providing eco-friendly sustainable energy. But, operations of WPPs are associated with system stability problems due to lack of inertia. However, WPPs do not participate in the elimination of mismatch between generation and demand by AGC but disturbance can be injected by the WPPs due to the stochastic nature of wind energy. An optimal controller based on full state feedback control theory is designed to conduct the study. The system dynamic performance analysis is carried out for 1% step load disturbance in corresponding control areas. It is observed that the system dynamic graphs of deviation in area frequency and tie-line power are significantly improved with the implementation of optimal AGC controller compared to GA tuned classical controller. It has also been shown that the WPPs aid the increase in load disturbance when the input wind power reduces but it negates the effect of increase in load disturbance for increase in wind energy to the WPPs.     

含荷电状态修正和通信延迟的储能电站负荷频率鲁棒控制

针对储能电站参与调频时与传统机组的协调问题及通信延迟产生的影响,设计了一种含荷电状态(SOC)修正和通信延迟的储能电站负荷频率鲁棒控制方法.首先,在储能电站参与频率控制过程设计SOC回归修正环节与传统机组进行协调而实现SOC裕度调节,同时考虑协调过程存在通信延迟问题,建立含储能电站SOC回归修正的区域电网延迟系统模型.其次,考虑通信延迟对于系统控制性能的影响,在负荷频率控制系统延迟边际计算的基础上,设计储能电站负荷频率控制的系统鲁棒控制器,对可再生能源功率扰动进行抑制并实现系统频率的快速恢复与偏差调节.最后,基于MATLAB/Simulink平台对负荷频率控制系统进行仿真验证,结果证明了所提方法的有效性.     

基于AGC的高压互联网络频率协调控制

针对高压互联网络频率协调困难,而自动发电控制存在控制跟踪性能差、参数最优值获取难、优化效果不明显等问题,提出了一种基于模拟退火粒子群寻优算法的闭环反馈自动发电控制。改进后的寻优算法结合了模拟退火和粒子群算法的优点,通过该算法对控制器关键参数进行寻优以使区域控制偏差值最小。由MATLAB/Simulink仿真分析验证了四机两区域模型联络线发生故障时,改进参数的闭环反馈AGC控制器能较快地使系统恢复稳定,且能较好地达到频率协调的控制作用。     

基于李雅普诺夫函数的并联型混合有源电力滤波器非线性控制方法

针对有源电力滤波器电流谐波分量检测复杂、非线性负载变化时电源电流畸变的问题,提出基于李雅普诺夫函数的并联型混合有源电力滤波器(SHAPF)非线性控制方法。在建立SHAPF仿射非线性模型的基础上,设计电压-电流双闭环控制回路。从稳定性角度出发,针对内环电流环提出基于Lyapunov函数的非线性控制策略,实现无功补偿电流的解耦控制,快速跟踪谐波参考电流,并以增强系统抗干扰性能为优化目标,求取控制器最优增益,确保线路参数发生摄动或负载需求发生阶跃变化时,系统仍能稳定运行。外环电压环采用滑模非线性控制方法,保持电容电压平稳,实现负载突变时的动态调节。应用Matlab/Simulink软件进行仿真分析,并基于d SPACE实验平台验证所提出控制策略的可行性和有效性。仿真和实验结果表明:基于Lyapunov函数的非线性控制方法具有简单易行、稳定性高、鲁棒性强的特点。