多机电力系统分散鲁棒励磁控制器的控制

提出了一种能够有效提高多机电力系统稳定性的分散鲁控制策略。采用发电机机端电压的相角和幅值表示发电机与系统其他部位的相互联系,并且针对由调速器的不稳定调节造成的发电机输入机械功率的波动,以及由电网中无功功率和有功功率的突然变化引起的发电机机端电压幅值与相角的扰动,应用鲁棒控制原理设计励磁控制器,从而实现多机电力系统的分散协调控制。仿真研究的结果表明了这种控制策略的有效性。     

DFIG-FMAC-PSS控制对风电并网系统的暂态稳定性改善

风电并网会对电力系统的稳定运行产生影响。为此本文考虑在双馈感应发电机(DFIG)上装设电力系统稳定器(PSS),提出DFIG转子磁链幅值和相角控制(FMAC)加PSS的控制方案。选用DFIG定子电功率作为PSS输入信号,通过调节DFIG转子磁链矢量的幅值和相角对发电机的端电压和输出功率进行控制,在大扰动的情况下对风电并网系统的稳定性进行研究。研究表明所提DFIG-FMAC-PSS的控制方案经济可行,在提供电压控制、促进阻尼作用和提高风电并网的暂态稳定性方面优于基于同步发电机的PSS解决方案。     

电力电子变压器在改善电力系统动态特性中的应用

依据电力电子变压器PET(Power Electronic Transfomer)的功率特性,提出了一种利用PET改善电力系统动态特性的新方法。PET副方接入输电线路。原方接无穷大系统,这时PET等效为一个可控电压源．建立发电机励磁和PET所构成电力系统的数学模型,分别以发电机功角、角速度、机端电压为状态变量,以发电机励磁电压、可控电压源的幅值和相角为控制变量。在此基础上推导了PET和发电机励磁的最优协调控制规律。仿真分析发现。通过PET与系统间功率的迅速交换和双向流动．提高了系统阻尼,有效抑制了扰动下的系统振荡。     

采用输出反馈方式的电力系统非线性励磁控制

现有的电力系统非线性励磁控制器多基于状态反馈设计,需要测量同步发电机的转子角和部分变量的微分,并且控制器以发电机相对转子角驱至参考值为控制目标,在系统的网络参数或运行方式变化时无法维持机端电压恒定。采用输出反馈的方式提出一种新的非线性励磁控制器设计方法。分别针对单机无穷大系统及多机系统,对系统的非线性数学模型提出了新的变换方法,将其转换为以机端电压偏差、角速度偏差和有功功率偏差为状态变量的不确定线性系统,进而应用一种基于线性矩阵不等式（linear matrix inequality,LMI）的鲁棒控制理论设计出控制器。该控制器不需要测量发电机转子角及任何变量的微分,不依赖于电力系统某个特定运行点,能适应系统网络参数与运行方式变化,较好地抑制扰动并实现机端电压调节功能。仿真结果验证了所得结论。     

基于PMU的发电机参数量测对电网输送能力提高的研究

针对目前难以获得同步发电机实际运行工况参数的问题,利用同步相量测量单元（PMU）能直接测量发电机的功角以及机端电压和电流相角的特点,计算获得发电机实际运行的同步参数xd。将该直接测量的发电机运行参数运用于电力系统仿真计算,可提高电力系统暂态功角稳定水平和输电能力,同时也提高了系统的静态功角稳定水平。通过算例表明了此方法的实用性和方便性。     

同步发电机的非线性鲁棒电压控制

提出了一种同步发电机非线性鲁棒电压控制器设计方法,解决了目前多数非线性励磁控制方法依赖于系统的特定运行点并且难以考虑电压调节精度的局限。针对发电机经变压器接入电力系统的数学模型,将其转换为以机端电压偏差、角速度偏差和有功功率偏差为状态变量的不确定线性系统,进而采用基于LMI的鲁棒控制理论设计出非线性电压控制器。与现有的非线性励磁控制器相比,所提出的电压控制器不依赖于系统的特定运行点,能适应网络参数与运行方式变化,实现机端电压调节功能。控制器对模型干扰有强鲁棒性,无须针对单机无穷大系统和多机电力系统分别设计。此外,控制器无须测量发电机转子角及任何变量的微分与积分。利用PSCAD/EMTDC对某单机无穷大系统及WSCC四机系统分别测试,仿真结果验证了控制器的良好性能。     

同步发电机-电力电子变压器组的最优协调控制

电力电子变压器(PET)是一种通过电力电子变换实现电力系统电压变换和能量传递的新型变压器.文章研究了电力系统中发电机-PET组的协调控制问题,首先建立了由发电机-PET组构成的电力系统数学模型,然后应用最优控制理论,提出了一种发电机-PET组的最优协调控制器.该控制器中的控制量分别为发电机励磁电压、PET一次侧和二次侧的电压源变换器中的脉宽调制的调制度和相角,反馈量则为发电机的功角、角速度、机端电压以及PET的直流环节电压.仿真结果表明,与由常规发变组构成的系统相比,该最优协调控制器有效地提高了扰动条件下的系统阻尼,同时改善了系统的电压特性.     

全状态跟踪非线性鲁棒自适应分散励磁控制

为解决分散励磁控制律含状态变量微分项、发电机端电压精度难以保证的问题,基于强跟踪滤波估计的方法实现了并联机组运行状态的快速计算,并在不同运行状态下采用新提出的状态跟踪非线性鲁棒自适应分散励磁控制方法,实现了多机电力系统的分散鲁棒稳定控制。四机并联的电力系统控制仿真表明,相对于传统PID-PSS控制器,所提出的方法能够有效提高各状态变量的收敛速度和电力系统的暂态稳定性。     

新型可控变压器提高联络线潮流控制能力研究

提出了一种新型可控变压器,该设备由电力系统变压器与功率电力电子器件构成,实现了对变压器输出电压幅值和相角的双向动态调节,可以独立调节联络线有功和无功功率,提高联络线功率极限。将可控变压器分别应用于双机系统与3机9节点系统,通过Matlab/Simulink数字仿真实验分析了可控变压器在正常工作状况以及发电机出力突降和负荷突增2种突发情况下对于联络线潮流的动态控制能力,验证了可控变压器提高电力系统联络线潮流控制能力的正确性与可行性。     

基于电压时间序列的电力系统暂态电压稳定分析

基于实时获取的广域测量信息,提出一种利用机端电压幅值偏差序列的最大Lyapunov指数指标（LLE）与机端电压幅值序列相结合的暂态电压稳定判别方法。基于无需系统模型的LLE计算方法,建立LLE与机端电压幅值偏差序列的数学关系,根据最大Lyapunov指数曲线运动的轨迹特征,以及机端电压幅值变化率-电压幅值偏差（[Vmagcr-ΔVmag]）特性曲线的运动趋势,提出一种基于LLE与机端电压幅值偏差率的暂态电压稳定判据。针对多机系统,本文提出基于临界机组对的暂态电压稳定判别方法。将本文所提方法在IEEE10机     

电力系统非线性鲁棒自适应分散励磁控制设计

利用反步法设计了多机电力系统中的非线性鲁棒自适应励磁控制方案,控制目标是调节发电机功角和频率至稳态运行点的极小领域,并使闭环系统对发电机阻尼系数和电抗参数的不确定性具有自适应能力,且对模型误差和外部有界干扰具备鲁棒性,同时保证各控制器是分散化和本地化的。采用4机系统进行的数字仿真结果表明,实施此方案能有效地提高发电机的功角稳定性。     

多机系统励磁与SSSC的非线性鲁棒协调控制

针对多机电力系统中,发电机励磁和静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC)的协调控制问题,引入广义Hamilton系统理论,进行非线性协调控制器设计。SSSC采用考虑内部动态的三阶模型,并将SSSC与各台发电机的相互作用用附加电磁功率表示。将包含发电机励磁和SSSC的多机电力系统描述成广义耗散Hamilton系统形式,利用边界函数法和L2干扰抑制控制方法设计了发电机励磁和SSSC的协调控制器。四机两区域系统的仿真结果表明:与传统的分散控制器相比,所提的非线性协调控制器能够有效地提高系统的暂态稳定性和电压调节性能。     

基于控制系统四元组形式的发电机非线性分散鲁棒控制

分析了仅包含状态变量、输出变量、控制变量的控制系统常规三元组形式应用到发电机分散鲁棒控制时遇到的困难，为克服这些困难提出了包含状态变量、输出变量、控制变量、量测变量的控制系统四元组形式的概念。量测变量的引入使得发电机综合控制模型本身变为各机解耦、与外部系统网络参数及动态无关，在此模型下设计出分散鲁棒控制器是自然的。此模型可以考虑系统包含各种动态元件如FACTS元件、HVDC系统等情况，在此四元组模型下，通过直接寻求控制量与控制目标之间关系的关联度方法将发电机控制的四元组模型完全线性化，通过励磁控制使发电机端电压具有良好的动态特性，通过汽门控制提高发电机功角暂态稳定性。数字仿真表明，所设计的基于控制系统四元组形式的发电机非线性分散鲁棒综合控制器是有效的。     

Improved synergetic excitation control for transient stability enhancement and voltage regulation of power systems

This paper proposes decentralized improved synergetic excitation controllers (ISEC) for synchronous generators to enhance transient stability and obtain satisfactory voltage regulation performance of power systems. Each generator is considered as a subsystem, for which an ISEC is designed. According to the control objectives, a manifold, which is a linear combination of the deviation of generator terminal voltage, rotor speed and active power, is chosen for the design of ISEC. Compared with the conventional synergetic excitation controller (CSEC), a parameter adaptation scheme is proposed for updating the controller parameter online in order to improve the transient stability and voltage regulation performance simultaneously under various operating conditions. Case studies are undertaken on a single-machine infinite-bus power system and a two-area four-machine power system, respectively. Simulation results show the ISEC can provide better damping and voltage regulation performance, compared with the CSEC without parameter adaptation scheme and the conventional power system stabilizer.     

分散励磁与超导储能装置的干扰抑制控制

提出了一种新的设计多机电力系统中励磁和超导储能装置的分散L₂增益干扰抑制控制器的方法。文中首先建立了含超导储能装置的多机电力系统的动态模型，继而利用递推方法设计励磁和超导储能装置的增益干扰抑制控制器，所得控制器可以利用本地测量量实现。计算机仿真结果说明了所设计的控制器可以提高系统的暂态稳定性，显著改善系统的动态性能。     

Improvement of transient stability for power systems using wide-area measurement signals

With the wide application of synchronized phase measurement unit in power system, the wide-area measurement (WAM) system has enabled the use of a combination of measured information from remote location for improving transient stability. The paper focuses on a two-level hierarchical decentralized coordinated excitation control consists of multiple decentralized local fuzzy power system stabilizers (LFPSS) for each generator at the first level helped by a WAM based supervisory power system stabilizer (SPSS) at the secondary level for wide-area power system transient stability enhancement. In order to eliminate the inherent nonlinearities in the power system model and enable the model to be applicable to power system control, first, a direct feedback linearization compensator acting through the local excitation machine is proposed. Then, the T-S fuzzy model is employed to approximate the system model. Based on the T-S fuzzy model, the LFPSS is designed. And the SPSS is proposed to apply the remote signals from the WAM systems. For taking consideration of the time delays introduced by remote information’s transmission in WAM systems and overcoming their impacts on control performance, the authors develop a delay-independent H _∞ robust control technique. Some new robust stability criteria in terms of LMI are derived by Lyapunov stability theory incorporating LMI techniques. Simulation examples demonstrate that the decentralized coordinated robust control has better transient stability performance in the face of transmission time delays, severe variations of operating point and faults in various locations.     

基于惯量中心动态信号的交直流互联系统稳定控制

针对交直流互联电力系统的稳定控制问题,提出了基于系统惯量中心(center of inertia,COI)动态信号的发电机励磁和直流功率调制综合控制方案。该方案中各发电机功角和频率动态跟踪由广域测量系统提供的系统COI动态功角和频率轨迹。直流输电线路功率调制的目标是阻尼区域COI功角和频率间的相互振荡。考虑到模型误差和外部干扰因素,采用反步法设计了非线性鲁棒控制器。对某4机2区域系统进行仿真实验,结果表明该控制方案和控制器突破了系统只能稳定于工频下的局限,增大了系统的稳定域,显著改善了系统的功角稳定性。     

多机电力系统励磁控制的人工神经网络逆系统方法

基于各发电机的完整的实用三阶模型，通过将发电机内部的不可测变量转化为发电机端的可测变量，在未做任何近似或简化的情况下，实现了仅采用本地可测量的多机系统中各发电机励磁控制的精确线性化。在具体的励磁控制器设计中，选取机端电压作为被控量再附加电力系统稳定器(PSS)环节进行辅助控制，使得同时满足系统对电压稳定性和功角稳定性的控制要求；采用人工神经网络(ANN)逆系统方法实现精确线性化，避免了对系统精确数学模型的依赖，使文中方法更实用。针对一个2区域4机系统的仿真结果表明，安装ANN逆励磁控制器可以极大地提高被控机组的稳定性能，同时，全系统的稳定性也可以得到明显的提高。     

一种简单实用的分散非线性励磁控制方法

基于广域测量系统（WAMS）提供的电力系统惯量中心（COI）数据,建立了COI参考坐标系下完全解耦的发电机模型,并根据Lyapunov理论和反步法思想,提出了一种简单实用的分散非线性励磁控制设计方法。该方法原理简单,仅有的3个控制器参数设置非常容易;此外,需要WAMS传送至发电机的控制信号只有3个,降低了信道拥堵的可能性。新英格兰测试电力系统（NETPS）中的仿真结果表明,这种非线性励磁控制器不仅对发电机参数、运行状态和负荷类型具有良好的鲁棒性,而且允许COI信号存在时滞,允许时滞的类型和范围基本能覆盖正常情况下的WAMS数据延时。     

Decentralized coordinated control for large power system based on transient stability assessment

For the purpose of enhancing transient stability of large power systems, this paper focuses on an issue of decentralized coordinated control. A modified equal area criterion (MEAC) is firstly proposed as the transient stability judgment criterion of multi-machine power systems. Then, a hierarchical decentralized coordinated excitation control is designed, which consists of both upper level coordinated control and lower level decentralized control. Based on the transient stability assessment, the coordinated controller determines whether to send coordinated control signal to lower level decentralized controllers. Moreover, the decentralized coordinated controller is designed by using H_∞ robust control method so as to deal with the uncertainties of system. Finally, simulation studies test effectiveness of the proposed control.