基于LMI技术的交直流非线性H2控制

以交直流并联系统为研究对象,综合考虑发电机和高压直流(HVDC)输电系统的动态调节过程,建立系统的非线性动态模型。并运用直接反馈线性化理论和H2控制理论,设计HVDC与发电机励磁的协调非线性控制器,其中H2控制律采用线性矩阵不等式(LMI)方法得出。仿真结果表明,所设计的控制器鲁棒性好,可以有效地提高交直流系统的暂态稳定性。     

HVDC的非线性H∞控制

基于直接反馈线性化和H∞控制理论研究了交直流联合输电系统中高压直流(HVDC)系统的附加控制器的设计,对含有交直流联络线路的两区域系统建立了非线性鲁棒控制模型.利用H∞控制理论和Matlab软件得出控制律.分析表明这种控制方法提高了交直流输电系统的稳定性及控制系统的鲁棒性.     

高压直流输电系统的H2/H∞附加控制器设计

基于直接反馈线性化和H2／H∞控制理论,研究交直流联合输电系统中高压直流输电（HVDC）系统的附加控制器设计,时含有交直流联络线路的两区域系统建立了鲁棒控制模型,采用线性矩阵不等式（LMI）方法,利用MATLAB软件的LMI工具箱得出H2／H∞控制律。仿真表明这种控制方法兼有鲁棒性能和最优性能,提高了交流输电系统的稳定性。     

混合交直流电力系统的非线性调制策略

针对大扰动情形，文中提出了一种用于改善多机交直流混合电力系统（有多条直流线路落点于其中）暂态稳定性的非线性控制方法，该方法基于微分几何理论，地直流输电系统等效为两个分别连接在整流侧和逆变侧的变导纳支路，在推导出直流输电系统的等效变导纳与各发电机输出电磁功率间的解析关系后，传统的发电机动态方程可被表示成仿射非线性的形式，因而可应用全局线性化方法来求得其控制变量，本文方法的主要特点在于，所求得的调制功率是一个交流系统状态的自适应和非线性函数，它可通过局部的反馈信号和少量来自其它发电机的信号来实现，文中以一个双馈入直流输电系统为测试对象，给出了所提控制器的设计过程和基于测试系统的仿真结果。     

提高暂态稳定性的HVDC与发电机励磁的非线性最优协调控制

针对大扰动情形,为进一步提高交直流混合电力系统的暂态稳定性,提出了一种高压直流输电(HVDC)与发电机励磁协调的控制方法。通过建立HVDC系统与发电机的综合模型,将现代控制理论中直接反馈线性化方法与线性系统最优控制理论相结合,设计出一种HVDC与发电机励磁协调的非线性最优控制规律。仿真结果表明,该协调控制器能明显提高交直流互联系统的功角稳定性和频率稳定性,改善直流系统的性能。     

提高暂态稳定性的HVDC与发电机励磁的非线性最优协调控制

针对大扰动情形,为进一步提高交直流混合电力系统的暂态稳定性,提出了一种高压直流输电(HVDC)与发电机励磁协调的控制方法.通过建立HVDC系统与发电机的综合模型,将现代控制理论中直接反馈线性化方法与线性系统最优控制理论相结合,设计出一种HVDC与发电机励磁协调的非线性最优控制规律.仿真结果表明,该协调控制器能明显提高交直流互联系统的功角稳定性和频率稳定性,改善直流系统的性能.     

改善HVDC动态特性的非线性附加控制

为进一步改善高压直流输电系统的性能,用状态反馈精确线性化方法设计了整流侧定直流电流、逆变侧定交流电压的非线性附加控制器,只需少量局部反馈信号便可获得良好的调节性能。数字仿真结果表明,该控制器能改善交直流系统的动态特性。     

基于微分代数模型的直流非线性附加控制

针对交直流互联电力系统的稳定控制问题,提出了一种微分代数模型反馈线性化的新方法。该方法基于叠加原理,计及非线性代数模型的影响,将微分代数系统的微分模型和关联代数模型的反馈分别线性化;系统代数变量仅影响关联代数模型反馈线性化,避免微分代数模型反馈线性化过程中重复进行微分部分的计算,易于研究不同代数变量对控制系统性能指标的影响程度;基于微分模型的状态反馈线性化系统可简便地扩展为微分代数模型状态反馈线性化系统。充分考虑交直流互联系统非线性负荷对直流功率调制的影响,将该方法应用于直流非线性附加控制器设计中,仿真结果表明所设计的控制器具有较好的阻尼特性,可有效改善互联系统动态稳定性,并提高直流系统运行稳定性。     

《交直流电力系统动态行为分析》

由浙江大学徐政教授撰写,机械工业出版社高水平著作出版基金资助的《交直流电力系统动态行为分析》已经出版。该书阐述了交直流电力系统相互作用特性及其动态行为的分析理论和仿真方法,包括直流输电系统及其控制器的数学模型,交流输电系统与直流输电系统的输送能力分析,直流输电系统的动态过电压、频率变换关系及谐波稳定性,交直流电力系统的潮流计算、机电暂态仿真、电磁暂态仿真和次同步振荡分析。该书特点是注重已有理论的适用范围分析及其工程应用的可操作性,适合于从事交直流电力系统科研、规划、设计和运行的工程师以及高等学校电力系…     

非并联运行AC/DC系统中直流变流器的非线性附加控制器设计

针对交直流联合输电系统中直流线路与交流线路非并联运行的情况,本文为HVDC换流站设计了附加控制器以阻尼交流系统中区域间的功率振荡.文中将直流线路功率调节作用等效为一阶惯性环节,将交直流联合的多机系统等值为两机两区域系统,由此建立了综合考虑机电振荡的三阶模型;然后运用反馈线性化方法设计了交直流系统非线性稳定控制器.仿真结果证明了该文所提出的控制器能有效地阻尼区域间功率振荡,提高系统的暂态稳定性.但同时也引入了其它一些问题.需要进一步研究的内容在最后进行了讨论.     

计及非线性负荷的AC/DC系统控制策略

详细研究了带非线性负荷的交直流并联系统发电机励磁控制和直流系统控制,将M导数、M括号以及MIMO微分代数系统反馈线性化技术应用到交直流并联多机系统非线性控制器设计中,提出了具有微分代数形式的零动态设计.通过合理选择输出量作为坐标变换量,得到微分代数系统模型的Bronovsky标准形式.针对一个含有AC/DC的多机系统进行仿真, 研究结果表明,所设计的非线性控制器与传统的PID控制器相比具有较好的阻尼特性, 该控制器能进一步提高系统的动态稳定性.     

Feedback stabilization for AC/DC power system with nonlinear loads

In view of the nonlinearity of loads and HVDC in power systems, the M derivative, M bracket and multi-input multi-output (MIMO) feedback linearization based on nonlinear differential algebraic system (NDAS) are introduced into the design of nonlinear controller for parallel AC/DC power system. Bronovsky normal form for NDAS is derived when the M relative degree of NDAS is less than its dimension and certain designated conditions are satisfied. The control laws of both the excitation system and the rectifier current control for AC/DC system are studied in depth which combine the input-output linearization technique and zero dynamics design theory for NDAS. The simulation for a single-machine infinite bus system (SMIBs) with parallel AC/DC transmission lines shows that the nonlinear control (NLC) strategy is able to improve system dynamic performance for a variety of system operating conditions.     

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。     

含柔性直流输电的交直流并列系统有功潮流优化方法

基于电压源换流器的高压直流输电技术,即柔性直流输电技术是近年来高压直流输电研究和应用的热点。但含柔性直流输电的交直流并列系统会使得电网的潮流分布更趋复杂。由于柔性直流输电系统能够实现有功无功的独立控制,对其有功功率指令值的分析有利于提高交直流并列系统的功率输送效率和效益。然而,目前电力调度中,该有功功率指令值的制定缺乏依据,为此提出了一种计及多目标的有功潮流优化方法。通过计及多个目标的约束,建立了相应的目标函数,利用模糊理论,给各个目标函数指定隶属函数,最终求解多目标优化函数得到交直流并列系统的有功潮流分配优化值。最后通过算例验证了所提方法的可行性。相比当前常常依据运行方式和运行经验笼统地制定有功功率指令值的做法,所提的多目标优化方法给出的指令值既能降低电网损耗,又保证了电网运行的安全稳定性。     

Control system design for VSC transmission

This paper investigates a suitable control system for a DC transmission system based on voltage source converters (VSC). Each of the two VSC converters has two control inputs and the four control channels on a VSC transmission system offer potential for a versatile control. However, the main challenge is the dynamic interaction among the control loops. It is proposed in this study that the overall system stability and good robustness should be achieved with two high-gain feedback loops, one at each converter. Eigenvalue and robustness analysis with MATLAB software shows that the best fast feedback signals are inverter DC voltage and rectifier AC voltage q component. The slow controller consists of three PI controllers that regulate: rectifier AC voltage, inverter AC voltage and the DC power. The VSC transmission control under fault conditions is achieved with a separate controller that takes over system control for fault-level currents. The fault controller regulates the local DC currents at each converter. The proposed controller is tested using PSCAD/EMTDC for a wide range of small-signal step inputs and the design performance is confirmed. The design is also tested for typical fault scenarios on AC and DC side to verify the fault controller operation.     

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。     

轻型直流输电系统的不对称故障控制策略

基于电压源变流器(voltage source converter,VSC)的轻型直流输电(VSC-HVDC)正成为一种经济灵活的新型输电方式。但是当交流系统发生不对称故障时,系统中存在的负序分量在脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的作用下会产生大量的非特征谐波,并严重恶化VSC- HVDC系统的控制性能。文章在换流站正序模型的基础上建立了系统的负序模型,提出一种基于精确反馈线性化理论的正负序电流非线性控制器,并针对系统故障时出现的直流过电压问题设计了2种应对策略。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下对上述控制策略进行了仿真验证,达到了预期的控制效果。     

计及紧急直流功率支援的扰动后稳态频率预测算法

提出了一种计及紧急直流功率支援情况下,能同时考虑直流两侧电网频率响应的扰动后稳态频率预测算法。该算法对系统发电机调速器方程、负荷静态模型方程、直流输电系统传输功率方程和系统网络方程进行了线性化处理,同时考虑紧急直流功率支援,推导了两区域交直流系统扰动后稳态频率预测方程,可以直接快速地计算出扰动后各区域的稳态频率和使其中一个区域稳态频率恢复到设定值时的直流功率支援量。对一个典型的两区域交直流并联系统进行了仿真分析,仿真结果表明所提算法具有较高的精度和较快的计算速度,证明了算法的适用性和有效性,具有与紧急频率控制相配合并在线应用的前景。