基于广域量测的全局非线性励磁控制

文中推导了在3种参考坐标系下：同步坐标系下、以某一台发电机作为参考机坐标系下、及惯性中心坐标系下的非线性励磁控制规律表达式。同步坐标系下的励磁控制规律可以各机解耦地分散实现，而以某一台发电机作为参考机坐标系下的惯性中心坐标系下的非线性励磁控制规律不能各机解耦地分散实现，需要引入基于广域量测的某些全局信息实现。虽然基于广域量测的非线性励磁控制不能分散解耦实现，但由于电力系统暂态稳定问题本质上的全局性，非线性励磁控制规律中全局信息的引入可以进一步提高系统承受大扰动的能力，提高系统的暂态稳定性。数字仿真证明了本文这一目前可能还未有实用价值但却具有理论意义的结论。     

电力系统静态稳定判据的应用与仿真

维持电力系统静态稳定对于确保电力系统的安全、稳定和可靠运行具有重要意义.基于小干扰分析法提出 电力系统静态稳定判据,采用单机无穷大系统结合小干扰信号模型、励磁调节系统模拟实际电力系统,建立静态稳定 仿真模型.仿真分析发电机的转速变化特性,评估系统静态稳定性,与静态稳定判据对比分析,验证静态稳定判据的 正确性和可行性.研究成果可以为电力系统稳定性的分析和控制提供有力的支持.     

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.     

励磁机时间常数对电力系统动态稳定性的影响

励磁机时间常数对电力系统动稳定有显著影响.在高放大倍数的AVR控制下,快速励磁较慢速励磁更容易恶化系统阻尼;但是在同时附加励磁控制的情况下,快速励磁可使系统的机电模式根轨迹远离虚轴,机电模式阻尼较大;而慢速励磁下,系统机电模式根轨迹接近虚轴,机电模式阻尼较小,快速励磁优于慢速励磁.通过对一个8机系统在AVR、AVR PSS和分散协调励磁调节三种控制规律下的特征分析和动态仿真表明:有附加励磁时,快速励磁比慢速励磁更有利于电力系统动态稳定性.最后借助特征向量理论揭示了所得结论的数学本质.     

提高交直流系统暂态稳定性的最优变目标控制策略

提出一种用于改善交直流互联系统暂态稳定性的非线性控制策略。通过建立多机电力系统观测解耦状态空间模型，应用最优变目标控制策略推导出HVDC与发电机励磁的综合控制规律。该控制策略只需要当地实施控制，首先驱动系统达到按最大稳定域选择的人工中间稳定平衡点，然后才驱动系统到达所希望的稳定平衡点。仿真结果表明，该控制规律能较好地提高交直流互联系统的暂态稳定性。     

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。     

多机电力系统H∞分散鲁棒励磁控制器的优化设计

基于H∞控制理论,提出了在多机电力系统励磁控制器设计中求取反馈增益的优化方法.该方法设定外部干扰矩阵,基于全状态的分散,将系统干扰项考虑到反馈增益矩阵F中,用迭代方法求F阵以使闭环系统最优.理论分析证明,采用该方法设计的分散鲁棒励磁控制器,能保证闭环系统的稳定性并使其具有良好的动态性能.仿真实验结果表明,该方法可有效地优选出分散励磁控制器的参数,使控制系统具有较强的鲁棒性,很好地实现了多机电力系统的分散协调控制.     

多机电力系统变结构励磁控制器的设计研究

基于多机电力系统的非线性模型,利用状态反馈精确线性化方法和变结构控制理论,提出了一种新的电力系统变结构励磁控制器设计方法.在设计中取消了参考机,并实现了多机系统的分散控制.3机系统的仿真结果表明,提出的变结构励磁控制器可以有效地改善系统在大干扰下的暂态稳定性.     

船舶发电机分散励磁鲁棒控制器设计

为了提高船舶电力系统的抗干扰能力和稳定性,设计了分散励磁式船舶发电机系统的鲁棒控制器,建立了柴油机发电机组的数学模型,明确了模型中干扰项的物理意义。在将发电机组数学模型线性化并增广为广义受控系统后,应用H∞控制理论,设计了发电机的分散励磁鲁棒控制器,并应用线性矩阵不等式方法求解了控制器的解。通过仿真试验,比较了传统的电力系统稳定（PSS）控制器和分散励磁鲁棒控制器的控制效果,表明后者具有更好的抗干扰能力,提高了船舶电力系统的稳定性。     

复杂系统非线性励磁控制的数字仿真研究

对一个IEEE典型的13机系统进行了数字仿真。比较了在其中一台发电机上装设比例积分微分控制器(PID)、电力系统镇定器(PSS)、线性最优励磁控制器(LOEC)和非线性励磁控制器(NEC)四种励磁控制器，对整个系统的暂态稳定的影响。仿真结果表明，非线性励磁控制器与采用其他三种控制器相比，电力系统的暂态稳定性有较明显的改善。在多机系统中的主力发电机组上装设非线性励磁控制器，将对整个系统的大干扰稳定性有明显的改善，从而揭示了非线性励磁控制(NEC)较其它3种励磁控制方式具有更优越的性能。     

基于零动态和变结构控制的发电机汽门和励磁非线性综合控制

针对电力系统暂态过程的非线性特性,利用励磁控制和汽门控制的特点,以功角和电压稳定为目标提出一种发电机汽门和励磁综合控制思想。励磁控制以稳定电压为目标,结合基于零动态和变结构控制的概念和原理进行设计,有效地维持了电压水平。汽门控制以功角稳定为目标,通过计算零动态系统的暂态能量函数,利用Lyapunov稳定理论,得到稳定流形作为切换面,然后设计相应的变结构非线性汽门控制律,将零动态系统限制在所设计的稳定流形上。变结构控制的特性使控制律具有一定的鲁棒性。汽门控制设计中未使用任何线性化方法,因而控制律对系统的非线性特性完全适应。试验结果表明所设计的控制器不仅对小干扰和大干扰暂态过程具有很好的稳定作用,而且在动态过程中能很好地稳定电压,动态过程具有更好的供电品质。     

基于弱电网的光伏储能系统小干扰稳定性分析

建立了接入弱电网的光伏储能系统小信号模型,解决了其小扰动稳定性问题。基于特征值分析法,分析了电网强度、光伏系统输出功率、控制环参数对光伏储能系统稳定性的影响。结果表明,弱电网下控制环路的带宽对系统稳定性的影响很大。随着储能系统锁相环带宽的增大,系统的稳定性先下降后提高;随着光伏系统直流电压环带宽的增大,系统的稳定性先增大后减小再增大。最后,在Matlab/Simulink中搭建了光伏储能系统接入弱电网的时域模型,验证了小干扰稳定性分析的正确性。     

LCL滤波单相并网逆变器电流加权控制研究

针对并网逆变器LCL滤波器直接电流控制出现的稳定性和控制精度等问题,提出了一种电流加权控制的策略。控制方案采用逆变器侧和电网侧电流加权反馈方式,调节电流反馈系数可以改善系统性能,还分析了电网电感对控制策略的影响。为了验证理论的正确性和控制策略的有效性,在Matlab/Simulink中搭建额定功率5kW的LCL加权电流控制仿真系统。仿真结果表明,电流加权控制稳定裕度大稳态精度高,馈入电网电流总体谐波畸变率小,功率因数高;另外,电网阻抗增大时不影响系统的稳定性,入网电流谐波却进一步下降,功率因数也略有下降。     

风电场小干扰稳定研究

为了降低风电场并入电网对电力系统的小干扰稳定可能带来的影响,建立了双馈感应发电机数学模型和桨距角控制模型,根据小干扰稳定理论,在PSAT平台上对风电场接入一个单机无穷大系统和WSCC 3机9节点系统进行特征值计算和小干扰稳定分析。仿真算例分析结果表明,与风电机组强相关的振荡模式阻尼特性良好,系统振荡稳定。     

Effect of placement of droop based generators in distribution network on small signal stability margin and network loss

For a utility-connected system, issues related to small signal stability with Distributed Generators (DGs) are insignificant due to the presence of a very strong grid. Optimally placed sources in utility connected microgrid system may not be optimal/stable in islanded condition. Among others issues, small signal stability margin is on the fore. The present research studied the effect of location of droop-controlled DGs on small signal stability margin and network loss on a modified IEEE 13 bus system, an IEEE 33-bus distribution system and a practical 22-bus radial distribution network. A complete dynamic model of an islanded microgrid was developed. From stability analysis, the study reports that both location of DGs and choice of droop coefficient have a significant effect on small signal stability, transient response of the system and network losses. The trade-off associated with the network loss and stability margin is further investigated by identifying the Pareto fronts for modified IEEE 13 bus, IEEE 33 and practical 22-bus radial distribution network with application of Reference point based Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (R-NSGA). Results were validated by time domain simulations using MATLAB.     

Steady-state Analysis of Voltage Source Converter (VSC) Connected to Weak AC System and Optimal Control Strategies

The power transfer limitation of voltage source converter (VSC) connected to weak AC system is restricted by three main elements: steady-state characteristic, small signal stability, and transient stability. In this paper, according to steady-state analysis, constraint condition and mathematical model of VSC system are established to figure out the appropriate operating point. A novel outer-loop control diagram is proposed. Meanwhile, a small signal model of VSC system is established. Based on participation factor analysis, the dynamic performance of phase-locked loop (PLL) have significant impacts on the system stability assessment. Therefore, an advanced PLL control appending damping factor is proposed. Simulations validated the following conclusions: 1) The optimal AC voltage of point of common coupling is associated with the equivalent AC system voltage, impedance, and the current limitation. The novel outer-loop controller can enhance the power transfer limitations. 2) The small signal stability of VSC can be enhanced by appending an alternative damping factor control on PLL. The advanced PLL has robustness which can endure a great active power disturbance in AC system. Simulations and calculations have been performed to validate the findings.     

高压直流输电系统功率/电压静态稳定性的建模与分析

高压直流输电系统功率/电压静态稳定性与所连接的交流系统的强弱及其所采用的控制方式密切相关.阐述了用于分析直流输电系统功率/电压静态稳定性的系统小信号模型及分析方法,对不同控制下系统静态稳定指标进行了分析,结论表明,弱交流系统的功率稳定性与电压稳定性都较差,随着SCR的逐渐增大,都将有所改善;逆变器采用定直流电压控制比采用定熄弧角控制时系统的功率稳定性与电压稳定性要好.     

含高渗透率风电的电力系统小干扰概率稳定性研究综述

随着以风电为代表的新能源规模开发利用,传统电力系统的结构特性发生了改变,风电并网对系统的稳定运行及控制带来了新的挑战。从风力发电的基本特性出发,归纳风电并网对系统小干扰概率稳定性研究的最新动向和进展,阐述改善风电并网后电力系统小干扰概率稳定性相关控制措施,最后对该领域的未来发展方向进行讨论,以期为大规模风电并网后对系统小干扰概率稳定性研究提供借鉴。     

基于虚拟直流机的直流微电网电压稳定控制策略

针对大量恒功率负荷接入直流微电网致使直流微电网失稳的问题,提出了一种基于虚拟直流机(VDCM)的直流微电网电压稳定控制策略。控制策略以储能双向DC/DC变流器为研究对象,基于直流电机原理,以电感电流为反馈量在传统下垂控制的基础上引入VDCM环节,增强系统阻尼,降低恒功率负荷对系统稳定性的影响。通过建立所提控制策略下的直流微电网小信号模型,利用阻抗匹配原则分析相关参数变化时系统的稳定性,并将其与传统的VDCM控制策略进行对比。最后,搭建仿真模型和硬件实验平台,验证所提控制策略的有效性。结果表明：所提控制策略使变流器具备了直流电机的惯量和阻尼特性,在提升系统稳定性的同时,也在一定程度上改善了系统动态响应性能,且其控制效果优于传统的VDCM控制策略。     

Small Signal Stability Analysis with Penetration ofGrid-connected Wind Farm of PMSG Type

The impacts of large-scale grid-connected wind farm on direct-driven permanent magnet synchronous generator(PMSG)type are discussed on the small signal stability performances of power systems.Firstly,a simplified practical model of wind farm of PMSG type is derived for analyzing small signal stability.The rotor-fluxoriented control strategy is applied to the modelling of PMSG.Secondly,the framework of small signal stability analysis incorporating wind farm of PMSG type is built.Finally,the different simulation scenarios based on the IEEE 3-generator-9-bus test system as benchmark are designed to conduct the eigenvalue analysis and to assess the impacts of wind farm of PMSG type on power system small signal stability.Some conclusions are drawn with simulation results.