基于广域信号的多目标鲁棒HVDC附加控制器设计

为了利用HVDC抑制并联交流系统的低频振荡,设计了广域多目标鲁棒控制器。选择电力系统广域同步信号作为反馈控制的输入,考虑到电力系统的强非线性和各种扰动,采用H∞鲁棒控制设计方法抑制不确定因素对控制效果的不良作用,并用极点配置方法保证控制器对区域间振荡模式提供足够的阻尼。对于这样一个多目标鲁棒控制问题采用线性矩阵不等式方法进行求解,针对一个四机两区域交直流并联系统设计了直流附加控制器,特征值分析和非线性时域仿真结果均证明设计方法的良好效果。     

基于广域信号的柔性直流输电附加阻尼控制

柔性直流输电具有灵活可控的特点,而广域信号或广域信号的组合具有可控、可观性好和相位关系稳定等特点.结合柔性直流输电和广域信号的优点设计了柔性直流输电广域稳定控制器.利用扩展留数比选择最优的广域信号或其组合作为反馈输入,利用极点配置的方法确定附加阻尼控制器的参数.数值仿真结果表明基于广域信号为输入的阻尼控制器在系统振荡时能很好地阻尼功角振荡.     

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。     

交直流并联电力系统PSS和直流附加控制器协调优化设计

针对远距离、多区域交直流互联电网低频振荡现象,提出了一种基于改进矩阵束算法的PSS和直流附加控制器协调运行的优化设计。具体包括利用改进矩阵束算法对全网系统辨识,得出系统在没有配置PSS和直流附加控制器时的振荡频率和阻尼比,设定协调优化的目标函数,利用共轭轨迹法优化PSS和直流附加控制器参数;反复利用改进矩阵束算法对系统进行辨识,不断优化协调参数,直到系统逐渐消除低频振荡。仿真结果表明,该协调优化设计可有效抑制电力系统低频振荡,增加系统阻尼,提高系统稳定性。     

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。     

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。     

基于信号时滞补偿的HVDC和同步发电机的广域协调控制

针对发电机励磁和HVDC附加控制相互作用而可能引起系统阻尼性能变差的问题,通过对包含n台发电机以及1条直流线路的系统模型进行推导,得到了发电机励磁系统和HVDC附加控制的广域协调控制规律。该控制器利用广域信号补偿HVDC和发电机参数之间的耦合作用,但远端测量系统和广域控制信号所引入的延迟会影响控制器的性能。本文重点分析了时间延迟对系统振荡阻尼的影响,并引入统一Smith预估器方法以保持在较大时间延迟时电力系统的性能。交直流四机系统的仿真阐明了延迟对模态阻尼的影响以及延迟补偿的意义。仿真还表明统一Smith预估器的引入使得发电机转速和交流线路的传输功率在较大时间延迟下仍能够有较好的阻尼,并具有一定的鲁棒性。     

计及广域信号时变时滞影响的大型双馈风力发电系统附加鲁棒阻尼控制

大规模风电接入互联电力系统可能会导致电网联络线上严重的功率振荡。大型双馈风力发电系统能独立控制有功和无功功率,可以通过将控制信号附加到有功功率控制环节来调节输出的有功,以此用来阻尼系统功率振荡。针对系统中可能存在的功率振荡,采用广域测量数据并选择合适的反馈信号实现了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了广域测量信号时滞。基于自由权矩阵方法获得了线性化模型标准化时滞鲁棒控制方法,可以由线性矩阵不等式进行求解。在此基础上,设计得到了广域时滞状态反馈控制器。控制器参数可以通过所提出的LMI迭代算法优化得到。结合状态观测理论获得了一种新型广域时滞输出反馈控制器。基于四机两区域仿真模型建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。     

基于同步相量测量单元的直流附加控制器研究

利用直流系统的快速响应特性，可以在不增加附加设备的条件下有效地抑制交直流系统的低频振荡。基于全球定位系统(GPS)的同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit，PMU)能够测量母线电压相量，尤其是电压的相角。该文利用PMU可改进控制提出了一种基于PMU的直流附加控制器，该控制器以不同区域电压相角差作为输入信号，能有效地反映区域间的低频振荡信息，同时研究了通信延迟对系统阻尼的影响，并考察了控制器的鲁棒性。以一个四机两区域系统作为测试系统，利用仿真软件PSS／E对系统进行小信号稳定和时域仿真分析，分析结果表明该直流附加控制器在系统较大的运行范围内提高了系统阻尼和系统区域联络线的传输能力，有效地抑制系统低频振荡，并且具有较好的鲁棒性，在故障情况下也能较好地发挥作用。     

基于控制敏感因子的PSS和直流附加控制的协调阻尼控制

面对低频振荡阻尼控制器和输入信号多样化的复杂局面,如何优化协调阻尼控制器的输入信号和安装地点值得研究。为此,通过理论推导得出控制敏感因子指标用以指示阻尼控制器最优安装位置和输入信号;进一步提出了基于控制敏感点的电力系统稳定器(PSS)与直流附加阻尼控制的协调优化策略,给出了不依赖系统精确数学模型的实用化计算步骤。通过川渝电网多种运行方式验证,理论计算结果与仿真结果一致,结果表明控制敏感因子能够正确指示阻尼控制器的最优安装位置和输入信号,PSS与直流附加阻尼控制通过相互协调可以全面抑制低频振荡,提高系统运行稳定性。     

基于子空间辨识和遗传算法的多回直流协调阻尼控制器设计

提出了一种多回直流协调阻尼控制器的设计方法,用子空间辨识法对系统降阶建模,用遗传算法进行参数寻优,并对时滞系统稳定性进行了评估。首先利用基于Prony分析的主模比指标计算法选择直流控制器的广域输入信号,通过仿真得到扰动下系统输入输出数据,基于数据对系统进行子空间辨识,得到系统开环状态空间方程。其次将控制器加入开环系统得到闭环系统状态空间方程,以多种运行方式下的系统最小阻尼比最大化为优化目标,针对闭环系统状态空间方程,用遗传算法对控制器参数进行协调优化。采用基于自由权矩阵的时滞稳定性判据,分析含有多回直流协调控制器的广域电力系统的时滞稳定性。最后以南方电网为例,对多回直流协调阻尼控制器进行仿真,仿真结果表明,通过该方法所得到的多回直流协调阻尼控制器能够较好地提高电网阻尼水平,并满足时滞系统稳定性的要求。     

含风电的互联电力系统时滞相关稳定性分析与鲁棒阻尼控制

针对大区电网互联和风电接入互联电力系统后面临不同区域电网间的低频振荡问题,提出一种利用广域测量信号来增强互联电力系统区域间功率振荡阻尼的设计方法。基于自由权矩阵方法表示牛顿–莱布尼茨公式,公式可以由线性矩阵不等式进行求解,可以克服利用固定权矩阵带来的保守性。在利用自由权矩阵方法推导得到的时滞相关稳定性判据基础上,设计了广域时滞状态反馈控制器。结合状态观测理论设计了一种新型广域时滞输出反馈控制器。采用平衡截断技术对原系统和控制器进行降阶,实现了对互联电力系统的广域时滞阻尼控制。基于新英格兰测试系统建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。     

计及时滞影响的广域附加阻尼控制

针对广域测量信号的时滞对系统动态性能的不利影响,提出了一种电力系统广域附加区间阻尼控制器设计的直接迭代方法。由已知的线性矩阵不等式定理,推得一种作为时滞系统渐近稳定性判据的基于状态反馈的矩阵不等式定理。利用变量替换法,将定理中的非线性矩阵不等式转变为线性矩阵不等式,进而将阻尼控制器设计转化为隶属于线性矩阵不等式的锥补问题并进行迭代求解。该方法可直接获得状态反馈控制矩阵,并具有良好的收敛性。测试系统的仿真结果表明,广域附加区间阻尼控制器,具有一定的时滞不敏感性,能够较好地抑制区间振荡。     

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。     

基于史密斯预估器的互联电网区间阻尼控制

针对广域信号存在时延的问题,提出一种基于史密斯预估器的附加励磁控制器设计方法。该方法在设计阶段采用统一史密斯预估器消除时滞对控制系统的影响,附加励磁控制器的设计采用标准 H ∞ 混合灵敏度方法,通过求解具有闭环区域极点约束的线性矩阵不等式得到控制器参数。基于该方法设计的控制器被用于2区域电力系统进行仿真,结果表明,即使在广域反馈信号发生时滞的情况下,该附加励磁控制器仍能有效提高电力系统区间振荡模式的阻尼,具有很强的鲁棒性。     

考虑广域反馈信号时滞影响的附加励磁控制器

采用广域信号作为附加励磁控制信号能够有效抑制互联电网的区间振荡,但广域信号在传输和处理过程中的时滞会严重影响系统的稳定性。为此作者提出了一种考虑广域信号延时影响的阻尼互联电网低频振荡附加励磁控制器。该控制器基于电力系统降阶模型,首先考虑了广域反馈信号的时滞,将电力系统建模为时滞微分方程的形式;然后应用时滞系统稳定性理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI) 的处理方法将附加励磁控制器参数的设计转化为求取适当的参数使得含有时滞信号的闭环系统具有最大时滞稳定性的问题;最后应用LMI工具箱和遗传算法优化了附加励磁控制器参数。4机电力系统的动态仿真验证了文中所设计控制器的有效性。     

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。     

直流附加阻尼控制在灵宝背靠背工程中的应用

经过系统小信号稳定分析发现 ,河南与湖南电网之间存在弱阻尼的区域振荡模式 ,河南电网还有次弱阻尼的局部振荡模式。位于河南电网的灵宝背靠背直流系统可发挥直流快速调节特性的优势改善交流系统的稳定性 ,其中对交流系统振荡的附加阻尼控制是直流可采用的措施之一。     

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。