A self-tuning fuzzy PI controller for TCSC to improve power system stability

In this paper, a self-tuning fuzzy PI controller (STFPIC) is proposed for thyristor-controlled series capacitor (TCSC) to improve power system dynamic performance. In a STFPIC controller, the output-scaling factor is adjusted on-line by an updating factor (α). The value of α is determined from a fuzzy rule-base defined on error (e) and change of error (Δe) of the controlled variable. The proposed self-tuning controller is designed using a very simple control rule-base and the most natural and unbiased membership functions (MFs) (symmetric triangles with equal base and 50% overlap with neighboring MFs). The comparative performances of the proposed STFPIC and the standard fuzzy PI controller (FPIC) have been investigated on two multi-machine power systems (namely, 4 machine, 2 area system and 10 machine 39 bus system) through detailed non-linear simulation studies using MATLAB/SIMULINK. From the simulation studies it has been found out that for damping oscillations, the performance of the proposed STFPIC is better than that obtained by the standard FPIC. Moreover, the proposed STFPIC as well as the FPIC have been found to be quite effective in damping oscillations over a wide range of operating conditions and are quite effective in enhancing the power carrying capability of the power system significantly.     

甘肃成碧220kV可控串补国产化示范工程研究

甘肃成碧220kV可控串补工程是我国第一个可控串补国产化示范工程.该工程采用一次设备混合复用方式实现了串补和可控串补的国产化,是世界上基本串补度和串联容抗最大的全可控串补工程.文章简要介绍了该可控串补工程的系统研究、关键技术和系统调试结果.     

伊敏-冯屯可控串补控制策略的RTDS实验研究

采用RTDS实时仿真工具验证了我国东北电网伊敏－冯屯500 kV交流输电架空线路可控串联补偿控制器的各项控制性能,检验了可控串联补偿装置的稳态运行特性,研究了可控串联补偿装置的阻抗阶跃特性和运行模式转换特性,最后通过三相故障的工况验证了可控串联补偿装置提高系统暂态稳定性尤其是阻尼低频功率振荡的作用。     

TCSC次同步谐振附加阻尼控制器

针对晶闸管控制的串联补偿电容器(TCSC)无法彻底消除系统次同步谐振(SSR)的问题,基于相位补偿原理设计了TCSC的附加阻尼控制器.通过对发电机转速差信号进行适当的放大和移相,产生附加控制信号来调节TCSC的触发角,使TCSC能够在整个次同步频段提供正的电气阻尼来抑制次同步谐振.基于IEEE SSR第一标准测试系统的...     

TCIPC提高暂态稳定性的PI控制器设计

在研究可控相间功率控制器(Thyristor Controlled Interphase Power Controller,TCIPC)的基本结构和潮流控制原理基础上,建立了在dq0坐标下TCIPC支路电流、端口电压及控制的传输功率之间关系的数学模型;依据TCIPC功角特性说明了调节IPC电感支路参数可以控制联络线传输功率达到改善系统稳定性的机理;基于TCIPC的感抗参数与联络线传输功率的关系,以电流作为TCIPC晶闸管触发控制的同步信号,将感抗期望值作为该控制器的参考信号,设计了TCIPC触发角校正的PI定阻抗控制器;并搭建了带IPC简单系统模型进行仿真。仿真结果验证了该控制器的有效性,并说明通过对TCIPC感抗的控制,可以改善带IPC系统的暂态稳定性。     

以电容电压过零点为同步信号的可控串补装置触发脉冲特性的分析

在以电容电压为同步信号的可控串联补偿装置(TCSC)中,由于存在电容器、电抗器等储能元件,因此在通过改变晶闸管触发角调整TCSC的运行工况时,电容电压过零点不能由原稳定运行状态立即达到新的稳定运行状态,这势必会影响TCSC的阻抗调节特性.文中给出了这种TCSC装置在计及电抗器电阻时的电容电压表达式,研究了TCSC运行在感性区、晶闸管触发角跃变时电容电压过零点的变化规律,并对TCSC在暂态、稳态过程中的电容电压过零点的振荡特性进行了深入分析.     

TCSC对电力系统次同步谐振的影响

以IEEE次同步谐振第1标准模型为研究对象,采用扫频和时域仿真相结合的复转矩系数法,从系统阻尼特性的角度分析了系统发生SSR的危险性,并用时域仿真法验证了该方法的正确性.在系统中加入TCSC,通过对电气阻尼特性的深入研究,发现在一定的条件下,TCSC使系统的电气谐振点发生了偏移,从而破坏系统发生SSR的条件;但是TCSC运行在较小导通角时,可能引起系统负阻尼频带加宽的现象,从而引起系统的次同步振荡,并通过时域仿真验证了该现象的危险性.讨论了TCSC的参数设计原则,使TCSC能够最大限度地提高对SSR的抑制能力.     

特高压输电线路用新型TCSC方案及其控制策略研究

为了在1 000 kV特高压输电线路或有较大额定电流的750 kV输电线路上加装可控串补(thyristor controlledseries compensation,TCSC),解决目前TCSC中所需晶闸管阀通流能力不足的问题,提出了一种基于双阀控电抗器(thyristor controlled reactance,TCR)支路并联的TCSC实现方案,并对其控制策略进行了研究。通过对幅值相等控制策略下双TCR支路TCSC进行数学建模,设计了相应的阻抗控制环节和幅值相等控制环节,实现了相应的控制目标。仿真结果表明,提出的TCSC实现方案及其控制策略可行,适用于工程应用。     

A simplified nonlinear controller for transient stability enhancement of multimachine power systems using SSSC device

In this paper, a simplified nonlinear method is proposed to enhance the transient stability of multimachine power system by using a Static Synchronous Series Compensator (SSSC). The rate of dissipation of transient energy is used to determine the additional damping provided by a SSSC. The proposed algorithm is based on the direct Lyapunov method. The simplicity of the proposed scheme and its robustness with respect to large disturbances constitute the main positive features. Simulation results in the case of 3-machines power system show the effectiveness of the proposed method under large disturbances (3-phase and single phase short-circuits).     

TCSC低频振荡阻尼控制器设计研究

提出了一种基于测试信号法的TCSC功率振荡阻尼(POD)控制器的设计方法,避免了计算量庞大的状态矩阵特征值计算。该方法由3步组成:第1步,利用测试信号法辨识出电力系统的区域间振荡模式和设计POD控制器所需要的信息;第2步,比较不同输入信号的留数比来选择POD控制器的各个备选输入信号;第3步,用补偿留数相位的方法对POD控制器参数进行整定。通过比较POD控制器安装前后低频振荡阻尼比的变化和时域仿真说明了该设计方法的有效性,且适用于大规模电力系统。     

面向工程实际的TCSC底层阻抗控制仿真

TCSC的底层阻抗控制是整个装置实现与否的关键。本文从工程实际出发，充分考虑各个环节的实际情况．建立了符合实际的TCSC底层控制模型．并对其中的一些关键性技术问题进行了很好的解决。基于本模型的仿真对于实际工程具有较强的指导意义。本文还提出一套阻抗控制方法和晶闸管全触发方法．仿真结果证明．提出的控制方法切实可行．具有较好的工程意义.     

A study on robust adaptive modulation controller for TCSC based on COI signal in interconnected power systems

This paper proposes a novel robust adaptive modulation controller (RAMC) for thyristor controlled series capacitor (TCSC) in interconnected power systems to damp low frequency oscillation. The main idea of the controller is to drive the area centers of inertia (COI) to a stable equilibrium point and keep system synchronization. COI-coordinate-based model is derived first. Then RAMC for TCSC is derived using back-stepping method with COI dynamic signals from WAMS. The new controller performance is tested through a three-area power system and the simulation results show clearly that the new controller using COI signals has superior performance as compared with the conventional controller.     

TCSC装置中电容器过负荷保护的改进算法

介绍了可控串联补偿(TCSC)电容器装置的电容器过负荷保护的基本原理,重点就电容器过负荷倍率与允许持续时间的算法问题进行了较详细的讨论,分析了过去采用求过电流均值算法时,若过电流幅值波动较大而存在精度方面不足的问题上,提出了一种更合理的改进算法———加权积分法,最后通过动模实验验证了该算法的合理性。     

TCSC-STATCOM控制对风电并网系统电压稳定性的改善

针对风电并网系统中存在电压稳定性问题,提出一种可控串联补偿装置和静止同步补偿器联合控制的方法。该方法应用于风电并网系统中,采用静止同步补偿器双闭环反馈控制和可控串联补偿装置相结合的方法来保证系统在运行过程中有足够的无功功率来维持其正常工作。同时在Matlab/Simulink仿真软件中建立相应的仿真模型。通过对在不同工况下运行的算例波形进行研究分析,结果表明TCSC和STATCOM联合控制能有效快速恢复故障后风电并网处电压,提高电压的稳定性及风电场的故障穿越能力。且比TCSC或STATCOM单独控制所取得的效果更好。     

轨迹灵敏度分析下的TCSC参数优化设计

提出了一种基于时域仿真的可控串联电容补偿(TCSC)及其附加阻尼控制器的参数优化方案。该方案以表征系统振荡相对动能的发电机角速度的平方最小为目标函数,通过轨迹灵敏度仿真得到目标函数的梯度信息,再应用共轭梯度法优化TCSC阻尼控制器参数。数字仿真表明,在发电机振荡模式和区域间振荡模式下,可有效提高大区域系统的动态稳定性。     

用于提高输电能力的TCSC选址和定容方案

支路传输功率、节点电压等的越限是制约系统输电能力提高的重要因素,为此文章采用连续潮流模型,在临界运行点推导了输电能力对支路电抗灵敏度的数学表达式,提出根据此灵敏度排序结果确定可控串联补偿器(thyristor controlled series capacitor,TCSC)安装地点的新方法。该方法中,TCSC安装位置确定以后,将安装TCSC之前发生越界的不等式约束在其边界值处用等式形式表示出来,并设定为已知条件,将TCSC对其所要安装支路的补偿度设定为一个新的未知量,扩展常规潮流方程,以求取扩展潮流不匹配函数的最小值为目标,计算支路的最优补偿度。对IEEE30节点和IEEE118节点系统的仿真计算结果表明该文所提出的选址和定容方法是有效的。     

220kV成碧可控串补（TCSC）装置保护配置

我国第一套国产化可控串补(TCSC)装置于2004 年12月22日在甘肃省陇南电力局220kV成碧线成功投入运行,该装置的控制与保护系统由中国电力科学研究院自主研发。文章在简要介绍TCSC基本原理及运行模式的基础上阐述了该套装置的保护配置,并说明了在现场进行人工接地短路试验时保护动作的情况。     

TCSC次同步频率阻抗特性及其抑制SSR的参数设计

正确分析TCSC次同步频率阻抗特性是研究TCSC抑制次同步谐振（SSR）能力以及进行TCSC参数设计的重要基础。基于对TCSC次同步频率阻抗模型的研究,绘制了三维频率阻抗图,分析了TCSC次同步频率阻抗特性,特别提出了次同步谐振导通角的概念。基于内蒙古上都电厂串补输电线路模型,在满足工频基波阻抗调节特性的前提下,根据次同步频率阻抗特性研究了考虑TCSC自然抑制SSR时其主电路参数的设计原则。通过对上述系统各模态频率阻抗特性的综合分析,讨论了TCSC控制参数的选择方法。仿真结果证实了次同步频率阻抗特性分析结果的正确性。     

极点约束下TCSC的LMI鲁棒控制器设计

为了提高晶闸管串联补偿装置(thyristor controlled series compensation,TCSC)控制器对系统的鲁棒性和反应速度,设计了一个极点约束下的多目标控制器。利用线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMI)进行H∞控制研究,在理论和设计上都有很多优点,得到输出反馈H∞控制器,提高了系统的鲁棒性。仿真结果也表明设计的TCSC控制器可以保证系统的暂态稳定性。     

TCSC阻抗特性及其导通角对次同步谐振的抑制分析

为了解决目前普遍应用的TCSC基波阻抗公式无法解释次频正电阻的问题,推导了TCSC基波阻抗的复数表达式,提出了TCSC导通角的选择依据。利用基波阻抗的复数形式,分析得到TCSC受导通角影响,基波电抗呈现出感性或容性特征,基波电阻会表现出负电阻和正电阻特性;次频电抗也会表现出感性或容性特征,次频电阻始终呈现正值。通过改变导通角使次频电抗呈感性能有效抑制SSR,使工频电阻为负值能够给次频正电阻提供能量;导通角的选择应同时满足工频下电抗呈容性、次频下呈感性以及工频下电阻为负值。算例分析表明,TCSC基于上述依据选择导通角能有效抑制系统的SSR,证明了导通角选择的合理性和基波阻抗表达式的正确性。