VSC-HVDC恒容阻尼控制器设计EI北大核心CSCD

针对含柔性直流输电的区域互联系统区间低频振荡问题,基于暂态能量原理提出一种维持换流器传输容量恒定的柔性直流恒容阻尼控制思想,同时利用换流站有功及无功,弥补了柔性直流输电系统有功调制量受限的缺点。首先,根据系统阻尼消耗的暂态能量推导出有功和无功调制与系统阻尼间的相互关系;然后根据有功、无功的控制规律提出恒容阻尼控制设想并设计出恒容控制器参数;最后,与传统极点配置的小信号阻尼控制器进行对比仿真分析。仿真结果表明恒容阻尼控制器能有效抑制区域间低频振荡,具有较强的鲁棒性,能在保持换流站输送容量恒定的同时,充分利用换流站有功和无功调制能力,有效解决常规阻尼控制方式下有功调制量受限问题。     

VSC-HVDC恒容阻尼控制器设计

针对含柔性直流输电的区域互联系统区间低频振荡问题,基于暂态能量原理提出一种维持换流器传输容量恒定的柔性直流恒容阻尼控制思想,同时利用换流站有功及无功,弥补了柔性直流输电系统有功调制量受限的缺点。首先,根据系统阻尼消耗的暂态能量推导出有功和无功调制与系统阻尼间的相互关系;然后根据有功、无功的控制规律提出恒容阻尼控制设想并设计出恒容控制器参数;最后,与传统极点配置的小信号阻尼控制器进行对比仿真分析。仿真结果表明恒容阻尼控制器能有效抑制区域间低频振荡,具有较强的鲁棒性,能在保持换流站输送容量恒定的同时,充分利用换流站有功和无功调制能力,有效解决常规阻尼控制方式下有功调制量受限问题。     

基于状态反馈附加阻尼控制的柔性直流电网抑制低频振荡

为了提升交直流互联系统的动态稳定性,研究了利用多端柔性直流输电系统阻尼交流系统低频振荡的方法。分析了柔性直流电网接入后系统的振荡模态,研究了直流电网对交流系统稳定性的影响,并基于全维状态空间反馈设计了柔性直流系统的附加阻尼控制器。系统振荡时该附加阻尼控制器能够输出附加控制量,调节各换流站的有功功率,从而抑制系统的振荡。以含有四端柔性直流电网的新英格兰10机系统为例进行了仿真研究,仿真结果表明,引入了该控制器的柔性直流电网能够很好地抑制原系统的低频振荡,改善系统的动态性能。     

基于同伦变换的VSC-HVDC分散协调鲁棒阻尼控制器设计

针对含柔性直流的区域互联电力系统低频振荡,提出一种基于同伦变换的有功、无功分散协调控制方法。首先,通过数字子空间状态空间系统辨识算法辨识出系统多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)状态空间模型,并对系统进行振荡模态分析。其次,基于线性矩阵不等式鲁棒控制理论,设计出集中MIMO附加鲁棒控制器。最后,应用同伦变换将集中MIMO鲁棒控制器转化为分块对角化的结构,从而得到多个低阶单输入单输出鲁棒控制器。仿真验证表明,该文所设计的有功、无功相协调的分散鲁棒控制器能有效抑制低频振荡,控制器阶数低,无耦合,鲁棒稳定性强,在严重故障情况下能充分利用基于电压源换流器的直流输电的有功和无功调制能力,并且在信号丢失时能保持较好的阻尼性能。     

基于超导磁储能装置的MMC-HVDC系统直流振荡抑制方法

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)系统中的功率控制换流站对外呈现负阻性,降低了系统阻尼,使系统产生直流振荡甚至导致系统失稳。通过直流侧并联超导磁储能装置抑制系统功率振荡,以解决MMC-HVDC系统向恒定功率负载供电所导致的弱阻尼问题。建立了双端MMC-HVDC系统的小信号模型,通过小信号稳定性分析方法研究了影响MMC-HVDC系统稳定性的主要因素,并且验证了所提直流振荡抑制方法的有效性。在MATLAB/Simulink中搭建了双端MMC-HVDC系统模型,并与改变控制器的功率阻尼控制策略进行时域仿真对比,结果证明了所提控制策略能有效抑制系统振荡,提高系统稳定性。     

基于振荡能量下降原理的UPFC模糊控制器设计

研究了自适应统一潮流控制器(U PFC)模糊逻辑辅助阻尼控制器的设计方法。从振荡能量函数角度分析了U PFC安装线路的功率振荡特性,提出了以降低振荡能量为控制目标的阻尼控制策略。控制器以U PFC线路的功率为输入信号,通过对系统运行状态和控制效果进行评判,应用模糊规则自适应地调节控制参数,实现对系统功率振荡的有效抑制。控制器设计不需要系统的精确模型和参数。在10机新英格兰测试系统上的仿真研究表明,该控制器控制效果明显优于线性控制器,能有效抑制系统低频振荡,提高电力系统的动态稳定性水平,且具有较强的鲁棒性。     

渝鄂背靠背柔性直流附加阻尼控制策略研究

针对渝鄂异步互联北通道及三峡近区大机组与常规直流和柔性直流强耦合动态问题,建立了包含三峡左一电厂、渝鄂背靠背柔性直流以及龙政直流外送通道的简化等值系统及其详细电磁暂态数学模型。仿真研究了暂态扰动下换流站近区机组的动态稳定特性。提出采用柔性直流有功无功解耦控制回路附加阻尼控制的方法平抑扰动后机组持续缓慢衰减的功率振荡问题,分别设计了基于有功调制和无功调制的阻尼控制控制器,比较研究了两者的作用效果。研究表明,采用有功和无功协同调制的阻尼控制策略可同时快速平抑功率振荡和电压波动,提高系统的动态稳定性,可为工程应用提供参考。     

HVDC模糊协调阻尼控制器的设计

分析了区间振荡和暂态能量函数的关系,通过削减系统的区间振荡暂态能量为控制目标来制定阻尼控制策略,设计了高压直流(HVDC)模糊逻辑协调控制器,以提高交直流并联电力系统动态稳定性水平.该控制方案不需要精确的模型参数,充分考虑HVDC系统整流侧直流电流调制和该侧发电机的励磁控制特性,通过模糊规则去协调两个控制系统,实现对系统低频振荡的有效抑制.仿真结果表明,该控制器能有效提高交直流并联系统的动态稳定性水平.     

基于VSC-HVDC的统一附加阻尼最优控制方法

相比于传统发电机的电力系统稳定器（PSS）,柔性直流输电（VSC-HVDC）系统可以有效控制区域间的低频振荡。考虑到VSC-HVDC系统有功无功均能对交流系统进行独立控制,提出了基于有功无功双环控制的统一低频振荡控制器,并基于VSC的有功功率和无功功率控制分别设计附加控制回路来增加控制器的控制效果。首先采用最小二乘旋转不变（TLS-ESPRIT）辨识方法获得系统小信号模型和振荡特性,然后基于辨识出的模型,利用基于最优控制理论对控制器进行设计,并将最终所设计控制器分别附加于有功控制回路与无功控制回路。PSCAD的仿真结果表明,相比于常规的有功附加控制器,所提统一控制方法能达到更好的控制效果,并能保证鲁棒性。     

基于H∞回路成形法的VSC-HVDC附加鲁棒阻尼控制器设计

针对包含柔性直流(VSC-HVDC)的交直流输电系统中存在的低频振荡问题,提出一种基于H∞回路成形法的方法设计附加鲁棒阻尼控制器。首先采用最小二乘-旋转不变方法(TLS-ESPRIT)辨识出系统的降阶模型和振荡模态,然后针对该模型应用H∞回路成形法及规范互质分解技术进行了鲁棒阻尼控制器设计。最后在PSCAD/EMTDC中搭建包含柔性直流的交直流四机两区域输电系统。仿真结果表明,基于H∞回路成形法的VSC-HVDC鲁棒阻尼控制器在不同扰动下对系统低频振荡具有良好的抑制效果,鲁棒性较强,且控制器采用输出反馈,便于工程实践。     

风电场经直流送出系统的复合式阻尼振荡方法

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术逐步成为大型风电场最佳并网方案,而该系统存在宽频振荡的风险。为抑制该类振荡,基于特征值分析法求取了系统主导振荡模式,并进一步定量分析了系统各参数对振荡失稳模式的动态影响,得出了通过调节风电场网侧变流器控制参数可有效提升系统阻尼比的结论,并提出了一种基于特征值灵敏度的风电场网侧变流器控制参数优化算法;为进一步降低系统发生振荡的风险,使系统适应多种运行工况,在风电场与直流换流站间增设了虚拟电阻,并设计了基于该虚拟电阻的直流换流站送端变流器的附加阻尼控制器。基于PSCAD/EMTDC构建了系统时域仿真模型,仿真结果表明,风电场网侧变流器控制参数优化与基于虚拟电阻的附加阻尼控制器相结合的复合式振荡抑制方法具有更好的阻尼效果。     

混合直流输电控制策略研究

为充分利用传统高压直流输电(LCC-HVDC)与柔性直流输电(VSC-HVDC)各自的优点,建立了整流侧采用LCC换流站,逆变侧采用VSC换流站的混合直流(hybrid HVDC)输电系统。对直流系统两侧换流站主控制器进行了设计,并针对该系统设计出双侧功率/频率调制的辅助控制器。最后对混合直流输电系统与交流输电线路并行输电和单独的混合直流输电系统进行了仿真与分析,通过仿真验证了当系统受到扰动时所加辅助控制器能提高系统的稳定性。     

基于数据驱动的背靠背柔性直流自适应广域阻尼控制

针对大型互联电网中可能存在的低频振荡问题,提出一种基于数据驱动的背靠背柔性直流输电系统自适应广域阻尼控制器(adaptivewide-areadampingcontroller,A-WADC)。该A-WADC选取广域测量信号作为输入,同时调节柔性直流输电的有功和无功控制环。为了适应系统运行状态变化,采用基于数据驱动的目标表示的启发式动态规划算法进行控制器设计,无需受控系统的数学模型,仅根据系统输入输出数据信息便能设计控制器。此外,设计自适应时滞补偿器以有效补偿广域信号中存在的通讯时滞。以含背靠背柔性直流输电系统的实际电网等值简化模型为例进行仿真研究,仿真结果验证所提A-WADC在不同运行工况和不同通讯时滞下,均能有效抑制系统的低频振荡,改善系统的暂态稳定性。     

基于稳定域的阻尼控制器设计及其抑制多频段振荡

首先提出了一种多频段稳定域的方法用于优化设计机侧/网侧多通道附加阻尼控制器。在此基础上,以TC-SC导通角组成的多频段稳定域最大为优化目标建立协调优化模型,并采用遗传算法对其进行求解,得到能最大程度提高系统阻尼的控制器参数。特征值计算和时域仿真表明,经过协调优化的阻尼控制器能有效地抑制包括低频振荡与次同步振荡在内的多频段振荡。     

双馈风电机组抑制电力系统低频振荡的鲁棒控制策略

针对大规模风电场接入电力系统面临的低频振荡问题,提出了一种双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)附加鲁棒控制策略,通过控制双馈风电机组的转子侧无功输出向系统注入无功功率以达到提升系统阻尼的目的。首先采用TLS-ESPRIT辨识算法辨识出系统模型,然后采用基于区域极点配置的鲁棒控制理论设计附加阻尼控制器。为对所提控制方法相比于传统控制方法的优势,设计了基于极点配置的阻尼控制器。最后在PSCAD软件中搭建含风电的两区域模型验证所提控制方法的有效性。仿真结果表明DFIG附加鲁棒控制器能有效抑制电力系统低频振荡,具有较好的鲁棒性。     

基于精确反馈线性化方法的SSSC非线性控制器

抑制电力系统功率振荡是静止同步串联补偿器的重要作用之一,考虑了静止同步串联补偿器(static synchronous seris compensator,SSSC)直流侧电容电压的动态调节过程以及各变量间的相互作用建立了SSSC的多变量仿射非线性模型,在此模型基础上,用精确反馈线性化方法设计了SSSC的非线性多输入多输出控制器。该控制器不仅能快速抑制系统功率振荡,还能使直流侧电容电压保持恒定。Matlab仿真结果验证了模型的有效性表明,所设计的控制器能有效地阻尼系统的功率振荡。     

兼顾阻尼抑制和电压支撑的动态无功补偿装置控制方法

提出一种兼顾抑制低频功率振荡和提高暂态电压稳定性的动态无功补偿装置控制方法。首先通过一个典型的含有动态无功补偿装置的系统分析了阻尼低频功率振荡和保持母线电压稳定2个控制目标相互影响的机理。在此基础上提出在电压控制和阻尼控制两者出现矛盾的时候,通过协调优化算法,选取最优的无功控制指令,防止阻尼控制引起电网电压超标。在典型电网系统中开展了仿真研究,结果表明所提方法可以实现电压控制和阻尼控制的协调,在确保电压控制效果的前提下尽可能抑制低频功率振荡。     

多通道高压直流广域改进射影控制器设计

为了对交直流互联系统含有的低频振荡和次同步振荡同时进行抑制,给出了一种改进的射影控制方法。通过总体最小二乘-旋转不变算法辨识出交直流输电系统送端孤岛运行方式下的振荡模态和降阶后的模型,运用带通滤波器将不同振荡频率的模态分解为多个通道,根据射影控制理论并做出改进,设计出多通道直流附加阻尼控制器。该控制器能够降低各种振荡模式间的相互影响,兼顾了控制器的阶数和鲁棒性。考虑到广域信号采集和传输过程中存在时滞问题,根据辨识结果并设计出了系统的相位补偿器。利用该方法对PSCAD/EMTDC中的某直流孤岛运行下的模型进行建模仿真,并与无附加阻尼控制下的系统进行比较分析。结果表明多通道射影控制器可以同时抑制低频振荡和次同步振荡,具有较好的鲁棒性;同时设计出的相位补偿器可以有效地解决系统的时滞问题。     

机侧与网侧多通道附加阻尼控制器参数协调综合抑制低频振荡和次同步振荡

由于低频振荡与次同步振荡存在阻尼耦合,针对一种特定振荡模式设计控制器,会对其他频段的振荡模式造成不利的影响。综合考虑低频振荡与次同步振荡这2种模式,基于模式分离方法设计机侧与网侧附加阻尼控制器,将阻尼耦合问题转化为控制器之间的参数协调优化问题。使各控制器之间以及对应同一振荡模式的各通道之间的参数协调配合,以综合抑制低频振荡与次同步振荡,最大限度地降低模式之间的阻尼耦合;在协调优化过程中,对次同步振荡模式的阻尼比阈值进行动态设定,即次同步振荡模式的频率越大,其所需阻尼比的阈值越小。特征值分析与时域仿真结果均表明,所提协调控制策略能显著地改善系统各频段的阻尼特性;相比于传统的阻尼控制策略,所提协调控制策略具有更好的阻尼效果。     

采用时滞广域测量信号的区间低频振荡阻尼控制器设计

针对电力系统区间低频振荡问题,基于广域测量系统和柔性交流输电系统技术,提出了一种采用时滞广域测量信号的电力系统阻尼控制器设计方法。该方法结合时滞依赖状态反馈鲁棒控制和状态观测理论,实现了广域电力系统的时滞输出反馈鲁棒控制。以四机两区域电力系统为例,设计了晶闸管可控串联补偿(TCSC)附加阻尼控制器。小信号分析和时域仿真结果都表明:所设计的控制器能显著抑制区间低频振荡,并且具有时滞不敏感性和运行条件鲁棒性。