面向广域阻尼控制的电力系统降阶辨识

广域阻尼控制是抑制电力系统区间低频振荡极具潜力的手段,降阶辨识方法可用于获取广域阻尼控制器设计所需要的模型。电力系统的维数成千上万,基于模式可控可观性分析提出了电力系统面向阻尼控制器设计的可降阶原理、降阶误差分析方法以及基于降阶原理估计和BIC准则的模型定阶方法,并研究了降阶辨识实验的激励信号和预滤波器设计。四机系统的仿真算例表明了所提出的面向广域阻尼控制的电力系统降阶辨识原理与方法的有效性。     

面向广域阻尼控制的电力系统降阶辨识研究

广域阻尼控制是抑制电力系统区间低频振荡极具潜力的手段,降阶辨识方法可用于获取广域阻尼控制器设计所需要的模型。电力系统的维数成千上万,基于模式可控可观性分析提出了电力系统面向阻尼控制器设计的可降阶原理、降阶误差分析方法以及基于降阶原理估计和BIC准则的模型定阶方法,并研究了降阶辨识实验的激励信号和预滤波器设计。四机系统的仿真算例表明了所提出的面向广域阻尼控制的电力系统降阶辨识原理与方法的有效性。     

基于辨识和留数的发电机广域附加阻尼控制器设计

发电机广域阻尼控制器（Wide-area Power System Stabilizer,WAPSS）采用对区间低频振荡模式具有强可观性的广域区间信息作为反馈信号。广域信息的引入,使得被控对象为高阶复杂电力系统,基于单机无穷大系统的传统PSS设计方法不再适用。提出了一种基于辨识和留数的发电机广域阻尼控制器设计方法,首先利用辨识方法得到被控电力系统的降阶模型,然后根据降阶模型的留数得到发电机广域阻尼控制器的参数,避免了复杂的矩阵方程求解,简化了设计流程。基于该方法设计的WAPSS控制效果在中国南方电网系统得到了仿真验证,仿真结果表明,该方法设计的WAPSS能有效阻尼区间低频振荡,提高系统稳定性。     

基于改进子空间模型辨识法的交直流系统降阶模型在线辨识

广域测量系统(WAMS)的发展使得交直流系统模型在线辨识成为可能。基于加快辨识速度以及准确自适应定阶的考虑,提出了改进子空间辨识方法。通过交直流系统机侧、网侧最佳控制点以及最佳观测点的选择确定输入输出信号点,并在输入点注入带通信号以激发低频振荡模态,从而得到系统振荡模态的输出响应信号。改进子空间方法可同时根据输入输出信号得到系统降阶模型,而多种故障条件下Kalman预估器的估计信号与实际信号的接近程度则可验证方法的鲁棒性。8机36节点交直流系统的仿真结果表明,该方法能够准确、有效辨识出交直流系统降阶模型,为交直流系统中央协调阻尼控制器的设计奠定了基础。     

基于WAMS的交直流并联输电系统模型辨识算法

在线辨识交直流并联输电系统模型是进行HVDC广域阻尼控制的前提。该文提出一种利用有限长广域测量数据在线辨识交直流并联输电系统模型的方法。假设系统为单输入、多输出模型,推导了交直流并联输电系统模型辨识理论,并以此为基础,用AR过程理论推导了Prony信号模型参数辨识的算法及计算过程时间消耗的计算公式;采用同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)的GPS时钟准确计算了数据传输延时;在基于广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)的调度自动化系统中,将计算事务分布实现,进一步提高了系统模型辨识速度。以南方电网中的贵广交直流并联输电系统为算例,证明了该算法的有效性与可靠性。     

基于Prony辨识的次同步阻尼控制器研究

发展了基于Prony算法的辨识系统传递函数的方法,将其用于交直流混合输电系统的次同步振荡模式分析和阻尼控制设计,通过对输出信号动态时域数据的Prony辨识得到了系统的等值降阶线性模型,分析出次同步振荡的模式,在此基础上采用极点配置方法设计出抑制次同步振荡的附加直流阻尼控制器.设计步骤为:在待研机组电气距离较近处施加低幅短时间的负荷扰动,对该机组的转子角速度暂态响应进行Prony辨识,获取系统的降阶线性传递函数模型,对于选定的极点,对阻尼控制器的参数取一估计值,配置阻尼控制器后,重复Prony辨识过程,并依据辨识结果调整阻尼控制器参数,直至闭环系统的Prony辨识极点与选定的极点相近.EMTDC仿真结果证明了该方法的有效性.     

计及反馈信号时滞影响的广域FACTS阻尼控制

随着同步相量测量单元(PMU)在电力系统中的广泛应用,开展基于广域测量系统(WAMS)的广域控制的研究具有重要的理论和实际意义。由于远方反馈信号的时滞影响,基于广域信号的闭环电力系统将是一个典型时滞微分动力系统。针对这种时滞微分动力系统,该文提出了一套基于线性矩阵不等式(LMI)理论的广域FACTS阻尼控制器的设计方法。对于高维、时滞电力系统,首先应用Schur降阶算法进行降阶处理,然后在降阶系统上应用LMI理论和遗传算法设计了具有最大允许时滞的广域FACTS控制器,以提高互联电力系统对反馈信号时滞的不敏感性。并将所提出的方法应用于广域SVC控制器的设计。时域仿真结果表明:当考虑反馈输出信号的时滞后,所设计的广域FACTS控制器仍能有效地阻尼10机39节点新英格兰测试系统中的低频振荡。     

基于在线辨识的电力系统广域阻尼控制

提出了利用多路广域测量信号作为反馈量的新型电力系统广域阻尼控制(WADC)方法。首先,推导了基于改进Prony算法的动态降阶等值系统参数的辨识方法;利用该辨识方法对受控系统进行辨识,在辨识结果的基础上运用线性二次型方法设计WADC的参数。广域闭环控制必须考虑通信延迟的影响,文中利用线性矩阵不等式方法讨论了控制参数在时滞下的稳定性问题。MATLAB数值仿真验证了辨识方法的准确性。WADC的控制效果在36节点的多机系统中得到了仿真验证。结果证明,应用广域信号作为反馈的WADC可以更有效地阻尼区间低频振荡,同时提高了联络线的传送容量极限。     

山东电网广域阻尼控制系统设计与分析

针对山东电网,提出了一种广域控制系统的设计和分析步骤。首先,需要对山东电网进行振荡稳定分析;然后,用伪随机二元信号探测和预测误差方法对系统进行降阶辨识,根据降阶辨识得到的主模比和留数指标来分别选择反馈信号和控制器地点;最后,控制设计问题就转化为带约束的非线性规划,可对多个控制器参数进行协调和优化。用山东电网仿真数据对广域阻尼控制系统进行验证的同时,也分析了它对本地模式的影响。仿真结果表明,该方法在阻尼山东电网的区间振荡和提高传输容量上均有效。     

考虑时滞的电力系统广域阻尼控制优化设计

广域阻尼控制器输入的广域信号在实际采集传输过程中存在不可忽略的时延,会恶化广域阻尼控制器的阻尼性能。针对广域信号存在时延的问题,提出一种考虑时滞的广域阻尼控制器优化设计方法。首先,建立开环电力系统的线性化模型,通过几何测量法选择广域阻尼控制器的安装地点以及反馈信号。然后,将模型进行降阶处理,基于降阶处理后的模型设计统一Smith预估器,从而消除时延对电力系统的影响。最后,采用粒子群算法对广域阻尼控制器进行优化设计,通过运行粒子群算法得到广域阻尼控制器参数。该方法不仅可以消除时滞的影响,还能利用粒子群算法的自动寻优功能保证广域阻尼控制器的鲁棒性,同时该算法采用个体局部信息和群体全局信息的协同搜索,具有搜索速度快的特点。以新英格兰10机39节点系统为测试系统进行仿真验证,结果表明,即使广域信号存在时滞的情况下,该控制器仍然能有效地提高电力系统区间低频振荡模式的阻尼,从而验证了该方法的有效性。     

基于参量Lyapunov理论的广域时滞阻尼控制器设计

针对联络线可能存在的功率低频振荡,采用广域测量数据并选择合适的反馈信号实现快速的广域时滞阻尼控制。在建立的电力系统线性化模型中考虑广域测量信号时滞,并基于参量Lyapunov理论设计得到了一种新型的广域时滞阻尼控制器,控制器控制律和参数值可以通过参量Lyapunov方程直接得到。基于4机2区仿真模型建立了互联电力系统研究模型,时域仿真表明,所提的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼互联系统区间振荡。     

特高压直流闭锁后的交直流混联受端电网最优切负荷方案

交直流混联受端电网中大容量特高压直流(UHVDC)输电线路发生直流闭锁故障后,电网会产生巨大功率缺额,引起潮流大幅度转移和频率跌落,可能会造成交流通道过载,引发连锁故障。针对这一问题提出了一种交直流混联受端电网最优切负荷方案计算方法。该方法基于广域测量技术,利用直流闭锁后瞬间量测数据,建立闭锁后稳态时交流通道传输功率和电网频率的估算模型,考虑交流通道传输功率极限、电网频率安全约束及可切负荷的重要性差异,以负荷综合损失最小为目标,建立最优切负荷方案的优化模型。通过改进的粒子群优化(PSO)算法求解得到电网最优切负荷点及其对应的最优切负荷量,保证了直流通道闭锁之后,交直流混联受端电网的安全稳定运行。最后在机电暂态软件PSS/E中以IEEE 39节点改进系统为例,通过仿真分析对所提方法进行对比验证,证明了该方法的正确性和有效性。     

基于协同控制理论的非线性直流附加控制器设计

为提高高压直流联络线所连交流系统的暂态稳定性,针对大规模交直流互联电网的非线性及其建模的不准确性,设计了一种新型的基于协同控制的直流附加控制器并将其用于多区域交直流混联系统中。首先根据各区域惯量中心设计合适的宏变量和流形,推导出基于协同控制直流附加控制器的解析表达式;然后以区域惯量中心角频率偏差和直流功率偏差最小为目标函数,采用遗传算法优化控制器参数;最后将所设计的控制器分别用于两区域交直流并联系统和多馈入系统,并采用PSCAD搭建详细模型进行时域仿真。仿真结果表明,与基于极点配置线性化方法和基于滑模控制非线性方法的直流附加控制器相比,提出的协同控制方法具有更好的控制效果,能够有效地抑制区间功率振荡。此外,该控制器的推导对系统模型的依赖性不强,且对不同负荷模型、不同运行方式和广域测量信号的延时具有较强的鲁棒性。     

混合多端直流输电系统附加控制器设计

针对包含混合多端直流的交直流互联系统区间低频振荡现象,提出一种基于射影控制原理的控制器降阶设计方法。搭建混合三端直流输电系统,确定控制策略,利用总体最小二乘-旋转不变技术辨识出系统开环模型。得出系统状态反馈增益矩阵,保留闭环系统主导特征值,基于射影控制原理设计低阶输出反馈控制器,并基于线性矩阵不等式设计 阻尼控制器进行比较。测试系统的特征值分析和时域仿真结果表明：射影控制器不仅阶数低,而且具有更好的阻尼特性和鲁棒性。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统的阻尼特性与阻尼控制

利用复数力矩分析方法近似推导了基于电压源换流器高压直流输电(voltage source converter HVDC,VSC-HVDC)系统的电磁力矩,定性分析了VSC-HVDC的快速功率控制可能会导致系统出现电气阻尼变弱或负阻尼现象。在建立包括VSC-HVDC及控制器在内的AC/DC混合系统的动态数学模型的基础上,应用最优控制理论设计了最优阻尼控制器,交直流并联系统数值仿真结果表明该附加阻尼控制方法的有效性。     

一种广域滑模模糊HVDC附加控制器设计方法

区域间的低频振荡成为限制区域联络线输送功率大小,影响互联电网安全稳定运行的主要因素之一。为了抑制区域间低频振荡问题,提出了基于滑模控制思想的HVDC模糊附加控制器设计方法。控制器采用广域信号作为反馈输入,基于李亚普莫夫稳定性定理由实时的广域信号确定滑模切换面,从而引入滑模控制理论作为模糊推理的依据,针对典型存在区域间振荡模式的系统在不同的工况下分析了该控制器的实用效果。特征值分析表明,在不同的运行工况下,系统区域间阻尼模式的阻尼都得到很大增强。通过非线性仿真的手段,验证了在不同的工作模式下,不同故障时控制器的动态性能,结果表明控制器均能发挥良好的附加阻尼效果。     

基于输出反馈控制理论的HVDC附加次同步阻尼控制器

通过在直流输电系统的整流站装设附加次同步阻尼控制器可以削弱交直流并联输电系统中发生的次同步振荡。利用输出反馈线性最优控制理论设计附加次同步阻尼控制器,选取与控制器密切相关的反馈信号Δω5、ΔαR,求解有约束条件的Levine-Athans方程,得出附加控制器的输出反馈增量。特征值分析和时域仿真结果表明:所设计的附加次同步阻尼控制器在很宽的串联补偿条件下能有效地抑制交直流并联输电系统中发生的次同步振荡。     

基于模糊控制的广域阻尼控制器设计

针对互联电力系统低频振荡问题,提出了一种用广域反馈信号作为附加稳定信号的励磁控制器的设计方法。广域信号传输存在的通信时滞用模糊控制方法进行补偿。描述了确定模糊推理规则的方法,首先分析模糊逻辑控制器的输入量和理想输出量,根据输入量和输出量之间的关系确定模糊论域、隶属度函数和模糊推理规则,从而建立模糊逻辑控制器。用Matlab/Simulink软件对4机2区域系统进行仿真,测试模糊广域阻尼控制器性能。仿真结果表明,所设计的控制器能补偿通信过程中存在的较大时滞,增加互联电力系统阻尼。仿真结果验证了模糊控制具有较好的鲁棒性和适应性。     

抑制联络线振荡的广域阻尼控制

广域阻尼控制为提高互联系统区间振荡模式的阻尼特性提供了新途径。为研究广域阻尼控制反馈信号和控制器安装点的优化选择,应用特征根分析法和传统控制理论,以 IEEE 10 机39 母线系统为例,分析了多机系统振荡功率在网络中的分布特征。由于良好信号能量和信噪比,区间振荡模式的联络断面振荡功率可为广域阻尼控制器优选反馈信号;阻尼控制器安装点的优化能够利用发电机至联络断面之间的传递函数模型,通过机电模式的留数和留数比确定。进而针对互联系统,给出了的结合特征根分析法和系统辨识技术的反馈信号选择与广域阻尼控制器布点的一般流程,改善了大系统的计算复杂性。     

基于广域测量信息的互联电网模型预测阻尼控制

提出一种基于模型预测控制的新型阻尼控制器设计方法。为抑制区间低频振荡,该控制器由2级PSS构成,其输入信号由广域测量信号和本地测量信号组成。采用留数矩阵法选择广域控制回路,通过模式辨识进行2级PSS控制。将常规励磁系统中传统的自动电压调节器(automatic voltage regulator,AVR)用模型预测控制器(model predictive controller,MPC)替代,并与2级PSS协调作用,通过模型预测和优化求解,得到励磁控制器的最优控制输入,以实现电压调节和增强阻尼之间的动态协调。典型的四机两区系统仿真结果表明,基于模型预测控制的2级PSS设计的控制效果明显优于传统的阻尼控制,可以快速调节机端电压,显著改善互联电网阻尼。