高压直流输电系统非线性变结构控制器的设计

为了进一步改善高压直流（HVDC）输电系统的性能，采用在逆变侧定无功电流控制方式代替传统的定熄弧角控制，并将现代控制理论中非线性系统的状态反馈精确线性化方法与线性系统的变结构控制理论相结合，设计了非线性变结构控制器。仿真结果表明，所设计的新型控制器能够改善直流系统的性能，并提高交流系统的电压稳定性。     

高压直流输电的滑模变结构控制器设计

为了改善高压直流(HVDC)输电系统供电可靠性能,提出了在整流侧采用定直流电流的控制方式,逆变侧定触发越前角的控制方式,利用系统的三阶数学模型并应用非线性系统的状态反馈精确线性化方法,与滑模变结构控制理论相结合,设计非线性滑模变结构控制器。仿真的结果达到了所设控制器的要求,提高了直流系统作为功率支援的性能。     

基于PI-D结构的高压直流输电定电流控制器设计

设计了一种具有PI-D结构的HVDC定电流控制器并提出了相应的控制器参数整定方法,在避免了控制器参数整定盲目性的同时提高了其控制性能。在传统PI控制器的反馈通路上增加了具有提高阻尼作用的微分环节,通过推导包含控制器参数的直流系统传递函数表达式绘制出控制参数变化时系统Bode图的变化规律,根据上述规律和系统的时域响应要求对控制器参数进行整定。通过上述方法设计了CIGRE HVDC标准模型整流侧的PI-D定电流控制器,同时设计了传统的PI和PID控制器进行比较。仿真实验表明,相对于传统PI和PID控制系统,采用PI-D控制器的直流系统具有更好的时域响应特性和抗干扰能力。     

高压直流输电系统中换流器的非线性控制及仿真研究

关于高压直流输电系统中换流器整流侧定功率、逆变侧定关断越前角的控制问题,针对三阶非仿射非线性的系统模型,基于偏差线性化控制方法,设计了线性二次型最优控制器;基于多变量非线性控制的逆系统方法,设计了非线性反馈线性化控制器。利用Matlab/Simulink进行仿真实验,对系统存在状态初值扰动情况时,比较两种控制策略下系统的动态性能。仿真结果证明了非线性控制策略的优越性,表明了文中所提方法的可靠性和有效性。     

永磁同步发电机与Boost斩波型变换器非线性速度控制

直驱式永磁同步风电系统电机侧变换器的一种常见拓扑结构为二极管整流桥后接Boost斩波电路。此结构具有较强的非线性,采用普通PI控制器很难使系统在正常运行范围内保持较好的动态性能。针对其非线性特性,分区间建立了发电机与变换器整体非线性数学模型,在单区间内采用输入-输出反馈线性化方法将非线性系统转换为线性系统,在此基础上设计了转速最优控制器。该设计方法数学转换过程较为简单,参数整定方法较为成熟,且不同区间内线性控制器的参数相同。通过一套3kVA的实验系统,验证了该方法能明显改善系统动态性能,对此类风电系统电机侧变换器控制策略的设计具有一定的参考价值。     

鲁棒状态反馈附加励磁控制器设计

为克服传统电力系统稳定器及现有改进方案存在的频率适应性差、参数整定困难和难以应对不确定性等问题,基于线性鲁棒控制理论设计了鲁棒状态反馈附加励磁控制器。首先,介绍线性鲁棒控制的技术原理和求解方法。然后,在此基础上,给出同步发电机鲁棒状态反馈附加励磁控制器的设计思路。最后,结合4机2区系统对控制器的性能进行评估。结果表明,鲁棒状态反馈附加励磁控制器既能改善系统阻尼,又能提高系统的鲁棒性,对故障情况下系统的暂态稳定性亦有积极贡献。     

UPFC并联侧换流器的新型控制器设计

首次将内模控制应用到UPFC的控制器设计中,运用逆系统原理和状态反馈将UPFC并联侧系统进行精确线性化,设计了对UPFC并联侧采用基于内模控制的逆系统方法解耦控制和基于内模控制的状态反馈解耦控制这两种新的控制器,从而成功地实现了系统的非线性解耦控制。最后通过仿真验证了这两种控制的良好性,以及它们的性能要优于经典PI控制器的性能。     

HVDC系统中换流器的一般非线性控制

对换流器整流侧定 α角、逆变侧定直流电流控制问题 ,基于高压直流输电系统的三阶非仿射非线性控制模型 ,根据逆系统方法 ,设计了由非线性反馈线性化和满足一定极点配置要求的组合换流控制器 ,并分析了闭环系统的稳定性。仿真结果初步表明了文中所提方法的有效性。     

基于灵敏度的积分对象PID控制器

PID控制器被广泛应用在工业中去控制自平衡对象,但对积分对象的应用还比较少。本文针对积分对象,提出一种基于灵敏度指标的PID控制器整定方法。首先采用内环反馈结构将积分对象转换成一个稳定的模型,然后基于灵敏度指标设计PID控制器,最后将两个回路等价为一个反馈回路结构并获得给定加权PID控制器参数整定方法,克服了传统PID控制器控制积分对象的不足。仿真结果表明本PID控制器整定方法可以使积分对象闭环系统获得期望的灵敏度,保证了系统的鲁棒性和良好的控制性能。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统的控制器设计

建立了在同步旋转坐标系下新型直流输电系统的暂态数学模型,对向无源交流网络供电的直流输电系统的控制器进行了设计。整流侧控制器由基于输入输出反馈线性化的解耦控制器和电网电压矢量定向策略构成,实现电流的解耦控制和有功功率与无功功率的独立调节。逆变侧控制器则基于换流器稳态数学模型设计了定交流电压控制器,对无源交流网络的母线电压实现控制。基于PSCAD/EMTDC的数字仿真对不同功率因数的负荷和各被控量设定值的不同阶跃变化等各种工况进行了仿真验证。研究表明,所设计的控制器结构简单,具有良好的控制性能,并便于工程应用。     

高压直流输电系统的非线性附加控制器设计

针对包含两条直流传输线路的交直流互联系统,采用状态反馈精确线性化方法与线性系统的变结构控制理论相结合的方法,同时设计了两条直流线路的非线性变结构附加控制器。最后对系统进行仿真,其仿真结果表明所设计控制器能够很好的抑制发电机功角振荡,有效地提高系统的暂态稳定性,达到良好的控制效果。     

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。     

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。     

Design of modulation controllers for AC/DC power systems

Optimal modulation controllers for multiarea AC/DC systems are designed by a recursive algorithm that determines the state weighting matrix Q of a linear quadratic performance criterion. The basic feature of the proposed method is the reduction of the number of iterations as well as minimization of the calculations involved. This method is applied to eigenvalue assignment of a three area AC/DC system. Nonlinear simulation results show that the proposed controllers result in significant improvement of the dynamic performance of the interconnected system     

双馈入直流输电系统中VSC-HVDC的控制策略

针对多馈入直流输电(multi-infeed direct current,MIDC)系统的稳定性问题,提出将基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)引入到MIDC系统中,用以改善MIDC系统公共连接母线的电压特性。建立HVDC和VSC-HVDC双馈入系统的物理模型,导出相应的数学模型。并通过坐标变换得出VSC功率传输方程的直角坐标形式。采用多变量非线性控制的逆系统方法,设计VSC-HVDC系统的非线性控制器。PSCAD/EMTDC 环境下的仿真实验表明,所设计的VSC-HVDC非线性控制器不仅能有效改善VSC-HVDC的动态特性,而且在交流系统发生扰动时能有效稳定系统电压,减少HVDC逆变站发生换相失败的几率,提高HVDC系统的运行可靠性。     

Power flow model/calculation for power systems with multiple FACTS controllers

This paper presents a new procedure for steady state power flow calculation of power systems with multiple flexible AC transmission system (FACTS) controllers. The focus of this paper is to show how the conventional power flow calculation method can systematically be modified to include multiple FACTS controllers. Newton–Raphson method of iterative solution is used for power flow equations in polar coordinate. The impacts of FACTS controllers on power flow is accommodated by adding new entries and modifying some existing entries in the linearized Jacobian equation of the same system with no FACTS controllers. Three major FACTS controllers (STATic synchronous COMpensator (STATCOM), static synchronous series compensator (SSSC), and unified power flow controller (UPFC)) are studied in this paper. STATCOM is modeled in voltage control mode. SSSC controls the active power of the link to which it is connected. The UPFC controls the active and the reactive power flow of the link while maintaining a constant voltage at one of the buses. The modeling approach presented in this paper is tested on the 9-bus western system coordinating council (WSCC) power system and implemented using MATLAB software package. The numerical results show the robust convergence of the presented procedure.     

Optimal output feedback controller based on genetic algorithms

In this paper,an optimal output feedback controller is designed by means of genetic algorithms (GA). Using GA, different objective functions and different output feedback structures can be considered. The proposed approach algorithm is applied to an AC/DC power system. Simulation results show that the proposed controllers result in significant improvement of the dynamic performance of the interconnected system.     

单级型三相储能变流器基本控制策略分析

储能变流器是微电网、不间断电源（UPS）等设备中储能控制的关键设备。针对储能变流器的不同控制目标,控制策略可分为高级控制策略和基本控制策略。高级控制策略实现具体应用领域的控制目标,基本控制策略是高级控制策略设计的基础,根据高级控制策略形成的指令,实现基本环路的控制功能。将基本控制策略划分为定直流电压、定直流电流、定交流电流、定交流电压四种控制模式,通过在同步旋转坐标系下建立的变流器数学模型,运用典型I型系统和II型系统PI调节器经典设计方法,对每一种控制器进行设计,得到设计参数并进行仿真。结果表明,提出的基本控制器设计思路和方法可用于指导变流器控制器设计。     

HVDC中发电机控制与直流控制之间的MAS协调策略

针对交直流电网中因为直流控制与发电机控制欠协调而导致的交流联络线功率低频振荡问题,运用MAS与参数约束非线性优化算法结合来解决直流控制与送端机组间的协调。该方法将直流控制与发电机控制分别用Agent代理,参数约束非线性优化算法嵌入各Agent模块进行局部参数优化计算,并向协调Agent提供各自的整定参数,通过协调Agent统一调整,最终实现直流控制与送端机组间控制参数的优化调节,在全局协调的方式下增强交流联络线低频振荡的阻尼。文章以南方电网贵广直流和天广直流线为实例验证了该方法的有效性。