基于射影控制的直流输电和静态无功补偿器协调控制

为消除高压直流输电和静止无功补偿器在动态过程中附加阻尼控制的相互干扰,文章设计了基于射影控制的协调阻尼控制器。该控制器以广域信号为反馈输入,根据时滞系统稳定性定理形成参考状态反馈控制系统,基于射影控制原理获得低阶输出反馈控制。时域仿真和特征值分析结果均证明该控制器具有的良好阻尼效果,在不同的时滞下仍然可以很好地提供阻尼。     

基于改进射影控制的柔性直流输电广域阻尼控制

针对包含柔性直流输电的交直流互联系统之间存在低频振荡,且一般的直流附加阻尼控制器阶数较高,影响了控制的实用性和有效性,文中提出将基于射影定理的降阶控制器设计方法应用于VSC-HVDC输电系统的阻尼控制器设计当中。首先通过TLS-ESPRIT算法辨识出系统的振荡特性和传递函数;再根据极点配置方法和Ackermann公式得到系统的状态反馈增益矩阵;最后通过改进射影控制定理,保留参考全状态闭环系统的主导特征值,输出低阶射影控制器。在PSCAD/EMTDC中的一个包含柔性直流输电的四机两区域模型中,对不同励磁增益参数下无附加控制器和有时滞射影控制器下的系统进行仿真分析。结果表明,所设计的射影控制器具有较好的阻尼特性和鲁棒性。     

基于改进射影控制的互联系统附加励磁控制器设计

针对大型互联网络区域间存在低频振荡现象,且一般设计出的附加励磁控制器阶数高、控制效果不理想,在射影控制基础上做出改进,设计出改进射影控制器应用于互联系统的附加励磁控制。首先通过总体最小二乘-旋转不变技术参数估计算法辨识出系统的振荡模态;根据极点配置得到系统的状态反馈矩阵。然后利用射影控制原理,在射影控制器保留p阶主导特征值基础上,又保留了r阶特征值。通过对可调矩阵P0的调节控制系统干扰矩阵 的特征值范围,降低系统原有振荡模式的影响。在PSCAD/EMTDC中的一个四机两区域模型中对无附加控制器、基于观测器-控制器和改进射影控制器控制下的系统进行短路故障和不同时滞下的仿真实验。结果表明,所设计出的改进射影控制器具有更好的阻尼特性和动态效果,且受时滞变化影响较小,具有较好的工程实践性。     

基于射影定理分层控制的次同步阻尼控制器设计

火电机组经高压直流输电有可能引起轴系振荡,严重影响电力系统的稳定性,故为高压直流输电系统设计次同步阻尼控制器尤为重要。从系统状态方程的角度出发,基于系统状态方程,通过滤波器提取轴系各固有扭振模态,进而提出基于TLS-ESPRIT和射影定理设计直流附加次同步阻尼控制器,最终实现各个模态的分层控制。射影控制可保留系统的主导特征根,能够在保留系统实际信息的同时降低控制器的阶数。以某电网直流系统作为实例仿真模型,仿真结果表明,基于TLS-ESPRIT和射影定理分层控制的阻尼控制器可有效增大系统阻尼,实现次同步振荡的快速抑制,且控制器阶数较低,便于工程实现。     

基于降阶模型辨识的交直流混合输电系统广域阻尼控制

提出了一种辨识交直流混合输电系统降阶模型并设计其广域阻尼控制器的方法。首先在单输入单输出系统模型辨识原理的基础上提出交直流混合输电系统降阶模型的辨识方法;根据射影控制原理进一步设计了交直流混合输电系统的广域阻尼控制器。考虑到广域反馈信号在传输过程中存在的通信时延对系统稳定性的影响,设计了基于广域信号主导模式的时延补偿环节。以规划中的南方电网交直流混合输电系统进行算例研究,验证了所设计的广域阻尼控制器的有效性与可靠性。     

交直流互联系统区间振荡广域阻尼控制系统设计

针对交直流互联系统区间振荡问题,构建了基于特征值转移因子理论的统一协调广域阻尼控制方案。首先,提出了能够反映多维振荡模式转移关系的非负定特征值转移因子矩阵,推导了能够统一协调各直流附加控制器的最优控制输入向量。然后,根据特征值转移因子矩阵的特征,利用可控性指标选择合适的控制器落点,同时利用贡献因子优选反馈信号。对美国西部电网频域和时域仿真结果表明,广域阻尼控制系统能够有效协调多个直流附加控制器,统一将不稳定区域的多个振荡模式快速、平稳地转移到稳定区域,同时该系统在通信延时、信号缺失以及参数不确定性等情况下     

基于混合H2/H∞控制理论的交直流并联系统机网阻尼协调控制

针对交直流并联运行系统阻尼不足、存在区域间低频振荡的问题,文中提出一种基于混合H_2/H_∞控制理论的交直流并联系统的机网阻尼协调控制策略。首先采用最小二乘-旋转不变算法辨识出系统振荡模式和开环降阶模型,结合混合H_2/H_∞控制理论,在高压直流输电和发电机中设计了附加鲁棒阻尼控制器,该控制器采用线性矩阵不等式的求解方法和输出反馈构造,求解容易,控制器构造简单,具有较强的鲁棒性。最后在PSCAD/EMTDC中搭建四机两区域测试系统,并与传统附加阻尼控制器对比,仿真结果验证了机网阻尼协调控制的有效性、鲁棒性。     

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。     

考虑多机系统广域信号时滞影响的直流附加控制器设计

广域测量系统中由于引入信道、传输协议等环节引起的延迟经过积累将严重影响以广域信号为反馈的控制器动态性能.对此提出一种考虑广域测量系统(WAMS)中信号传输延迟的直流附加控制器.基于线性矩阵不等式方法(LMI)设计考虑时滞影响的直流附加控制器结构;基于粒子群、以控制器时滞稳定域最大为目标函数,对控制器参数进行寻优求解;最后由射影控制理论获得等效的低阶输出反馈控制器.对结果进行了时域仿真分析,并与一种未考虑时滞的控制器进行比较,所得结果均证明LMI方法设计的直流附加控制器的有效性.     

基于误差最小化射影控制的降阶高压直流鲁棒控制器

鲁棒控制方法可用于高压直流附加阻尼控制器的设计,用以抑制交直流系统低频振荡,但目前普遍存在控制器阶数过高的问题,对实用性影响较大。为此提出对H2/H∞鲁棒控制器进行降阶的动态射影控制方法,并对降阶过程中产生的误差进行优化。首先利用总体最小二乘-旋转不变子空间(total least squares-estimation of signal parameters via rotational invariance techniques,TLS-ESPRIT)方法对系统进行低频振荡特性辨识,在此基础上利用主模比指标选择合适的反馈信号;然后利用H2/H∞鲁棒控制理论设计状态反馈鲁棒控制器;最后应用动态射影控制进行降阶,同时利用共轭梯度法对由FH范数评价的误差系统进行优化,得到最优低阶输出反馈控制器。仿真结果表明基于误差最小化射影控制的降阶高压直流鲁棒控制器在不同扰动与故障下都能有效抑制系统的低频振荡,鲁棒性和控制性能强,同时控制器阶数低,适合于实际工程推广应用。     

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。     

柔性直流附加鲁棒阻尼控制器设计

针对包含柔性直流(VSC-HVDC)的交直流互联系统区间低频振荡现象,提出把基于线性矩阵不等式的多目标控制方法应用到柔性直流附加控制中。具体包括运用最小二乘旋转不变方法(TLS-ESPRIT)辨识出系统降阶模型,综合考虑控制器的鲁棒性和控制代价,设定多目标函数,设计出H₂/H_∞多目标鲁棒附加阻尼控制器,并设计传统极点配置控制器进行比较。在PSCAD/EMTDC中搭建包含柔性直流的四机两域电磁暂态模型,特征值分析和时域仿真结果表明:在系统内部参数发生较大变化情况下,多目标鲁棒阻尼控制器具有更好的阻尼特性,并兼顾了控制器的控制代价。     

基于状态观测器的电力系统阻尼控制

研究了基于状态观测器的电力系统阻尼控制器设计方法.建立了包含4阶发电机模型和3阶励磁系统模型的多机电力系统线性化状态方程,并计算出其矩阵A的特征值和系统阻尼比.通过观察系统的阻尼强弱,根据所要求配置的极点,采用全维和降维状态观测器方法,求出观测器增益和系统反馈增益进行反馈控制.该方法的优点在于不需要测量系统的所有状态变量.在4机2区算例中,求出2种观测器的综合闭环系统的零输入响应,通过比较估测值与实际值的变化情况,验证了该方法改善电力系统阻尼特性的有效性.     

基于LMI的时滞电力系统双层广域阻尼控制

针对时滞电力系统提出一种新型建模方法,并且对其进行了广域附加区间阻尼控制的双层控制设计。直接采用时滞系统控制理论克服广域信号的时滞对闭环电力系统稳定性的不良影响。第一层控制,对无时滞电力系统施加计及时滞的输出反馈控制,形成时滞闭环系统。第二层控制,利用时滞系统的控制理论,采用线性矩阵不等式方法,求解状态反馈矩阵和观测器增益矩阵,进行反馈控制。10机39节点算例测试系统上的仿真结果表明,基于该方法设计的附加区间阻尼控制器,具有一定的时滞不敏感性,鲁棒性强,能够较好地抑制区间振荡。该方法为关于时滞系统的控制理论在广域附加区间阻尼控制中的直接应用搭建了平台,提供了可行性。     

基于UPFC&DC-SDC的交直流电网低频振荡抑制研究

针对交直流混联电网的低频振荡问题,提出一种将统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller, UPFC)及直流附加阻尼控制器(DC Supplementary Damping Controller, DC-SDC)相结合的UPFCDC-SDC综合阻尼控制系统。为使UPFCDC-SDC综合控制系统发挥最佳控制效果,由UPFC及DC-SDC的状态变量,推导了含UPFCDC-SDC综合控制系统的基于VSC-HVDC的交直流混联系统特征根增广矩阵。基于该矩阵计算了多运行方式下系统小干扰概率特征值。以该矩阵特征值实部加权后的和最小为目标函数,考虑该矩阵阻尼比、线路传输极限及安全等约束,构建了确定UPFCDC-SDC综合控制系统参数的优化方程,并通过粒子群优化算法求解。以CEPRI36v7系统为例,验证了所提方法能在不制约直流输电能力的同时抑制低频振荡。