面向广域阻尼控制的电力系统降阶辨识

广域阻尼控制是抑制电力系统区间低频振荡极具潜力的手段,降阶辨识方法可用于获取广域阻尼控制器设计所需要的模型。电力系统的维数成千上万,基于模式可控可观性分析提出了电力系统面向阻尼控制器设计的可降阶原理、降阶误差分析方法以及基于降阶原理估计和BIC准则的模型定阶方法,并研究了降阶辨识实验的激励信号和预滤波器设计。四机系统的仿真算例表明了所提出的面向广域阻尼控制的电力系统降阶辨识原理与方法的有效性。     

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。     

基于辨识和留数的发电机广域附加阻尼控制器设计

发电机广域阻尼控制器（Wide-area Power System Stabilizer,WAPSS）采用对区间低频振荡模式具有强可观性的广域区间信息作为反馈信号。广域信息的引入,使得被控对象为高阶复杂电力系统,基于单机无穷大系统的传统PSS设计方法不再适用。提出了一种基于辨识和留数的发电机广域阻尼控制器设计方法,首先利用辨识方法得到被控电力系统的降阶模型,然后根据降阶模型的留数得到发电机广域阻尼控制器的参数,避免了复杂的矩阵方程求解,简化了设计流程。基于该方法设计的WAPSS控制效果在中国南方电网系统得到了仿真验证,仿真结果表明,该方法设计的WAPSS能有效阻尼区间低频振荡,提高系统稳定性。     

电力系统阻尼控制设计中的降阶状态空间模型辨识

电力系统广域阻尼控制器业已成为提高系统稳定性和跨区输电能力的重要手段。在设计电力系统阻尼控制器时,由于分析手段和计算能力的限制,系统全模型不易获得,一般需要借助系统辨识获取电力系统动态和主导模式等信息。将传统的特征系统实现方法(ERA)和模型降阶方法相结合,在保留ERA速度快、能方便处理多输入多输出系统等优点的同时,针对电力系统阻尼控制对模型参数的一般要求做出改进,可解决模型实数化和辨识结果降阶等问题,设计出一套实用的降阶辨识方案。将此方案运用于不同规模的电力系统,仿真对比原模型和降阶辨识后模型的结果表明:该方法可以得到具有较高精度和合适阶数的电力系统局部线性化模型,具有较好的实用性;但是将此方案应用于强非线性MIMO系统时,应注意输入通道间耦合对辨识结果的影响。     

计及反馈信号时滞影响的广域FACTS阻尼控制

随着同步相量测量单元(PMU)在电力系统中的广泛应用,开展基于广域测量系统(WAMS)的广域控制的研究具有重要的理论和实际意义。由于远方反馈信号的时滞影响,基于广域信号的闭环电力系统将是一个典型时滞微分动力系统。针对这种时滞微分动力系统,该文提出了一套基于线性矩阵不等式(LMI)理论的广域FACTS阻尼控制器的设计方法。对于高维、时滞电力系统,首先应用Schur降阶算法进行降阶处理,然后在降阶系统上应用LMI理论和遗传算法设计了具有最大允许时滞的广域FACTS控制器,以提高互联电力系统对反馈信号时滞的不敏感性。并将所提出的方法应用于广域SVC控制器的设计。时域仿真结果表明:当考虑反馈输出信号的时滞后,所设计的广域FACTS控制器仍能有效地阻尼10机39节点新英格兰测试系统中的低频振荡。     

考虑时滞的电力系统广域阻尼控制优化设计

广域阻尼控制器输入的广域信号在实际采集传输过程中存在不可忽略的时延,会恶化广域阻尼控制器的阻尼性能。针对广域信号存在时延的问题,提出一种考虑时滞的广域阻尼控制器优化设计方法。首先,建立开环电力系统的线性化模型,通过几何测量法选择广域阻尼控制器的安装地点以及反馈信号。然后,将模型进行降阶处理,基于降阶处理后的模型设计统一Smith预估器,从而消除时延对电力系统的影响。最后,采用粒子群算法对广域阻尼控制器进行优化设计,通过运行粒子群算法得到广域阻尼控制器参数。该方法不仅可以消除时滞的影响,还能利用粒子群算法的自动寻优功能保证广域阻尼控制器的鲁棒性,同时该算法采用个体局部信息和群体全局信息的协同搜索,具有搜索速度快的特点。以新英格兰10机39节点系统为测试系统进行仿真验证,结果表明,即使广域信号存在时滞的情况下,该控制器仍然能有效地提高电力系统区间低频振荡模式的阻尼,从而验证了该方法的有效性。     

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。     

基于在线辨识和区域极点配置法的电力系统低频振荡协调阻尼控制

基于均匀阻尼思想和低频振荡的在线辨识,提出采用区域极点配置法设计阻尼控制器,以实现大系统低频振荡的协调阻尼控制。首先分析了电力系统低频振荡的阻尼特性和机组参与振荡的特点,提出实现均匀阻尼控制的条件和方法;然后基于低频振荡特征的辨识进行阻尼评估,确定均匀阻尼控制的目标;针对辨识模型进行降阶,得到适合控制器设计的降阶模型,最后采用区域极点配置法求出控制器的参数,同时抑制发电机参与的多个振荡模式。由于辨识的模型中考虑了其他发电机和调节系统对本机的影响,极点配置的目标保证发电机所参与振荡模式的阻尼尽量均匀,避免了其他模式阻尼的过度削弱,因此低频振荡控制具有一定的协调性,同时控制器的反馈信号为本地信号,实现了系统的分散协调控制。以新英格兰10机39节点系统为例,说明了本文设计控制器的有效性和鲁棒性,为电力系统低频振荡的分散协调控制提供了新思路。     

电力系统阻尼控制中的在线递推闭环子空间辨识

提出了电力系统阻尼控制中状态空间模型的在线递推闭环子空间辨识算法。在闭环条件下,基于广域测量信息,在线地辨识了包含主导低频振荡模式的系统降阶状态空间模型,并依此在线设计和更新线性二次最优部分输出辅助区间阻尼控制器以抑制区间低频振荡模式。算法具有良好的数值稳定性和较低的时间复杂度,能够实现系统模型的递推更新和辅助阻尼控制器参数的在线调整。8机36节点系统的仿真验证了算法的有效性。     

电力系统多新息随机梯度模型辨识与自适应时滞阻尼控制

提出了基于多新息随机梯度模型辨识算法的电力系统广域自适应阻尼控制器设计思想。通过对实测输入输出信号进行在线辨识获得了含有互联电力系统全部关键机电振荡模式的精确开环模型;基于自由权矩阵方法研究了广域电力系统时滞相关稳定性条件,基于相关定理设计了状态反馈控制器,利用线性矩阵不等式可以方便求解得到时滞电力系统最大时滞上限。在此基础上,结合状态观测理论实现了互联电力系统的时滞输出反馈控制。针对典型的IEEE四机两区域互联电力系统的时域仿真表明,多新息随机梯度算法可以快速、准确的获得电力系统的开环模型,基于辨识所设计的广域自适应阻尼控制器能够显著地抑制系统低频振荡,提高互联电力系统阻尼和动态稳定性。     

电力系统类噪声闭环可辨识性分析

基于广域测量类噪声信号辨识被控电力系统模型,可有效解决因仿真模型及参数误差造成的系统特性分析及控制器设计可信度等问题。电力系统中多处负荷变化等随机性质小扰动和广域阻尼控制器的投运,导致系统闭环辨识难度大为增加。提出对类噪声环境下电力系统闭环可辨识性问题进行理论研究,重点分析了反馈控制器和参考信号对系统闭环可辨识性的影响,并结合电力系统实际情况,总结类噪声环境下实现电力系统闭环可辨识所需满足条件,并对其进行仿真验证。     

基于系统辨识的广域时滞鲁棒阻尼控制

针对电力系统区间低频振荡问题,提出了一种利用广域测量信号的电力系统阻尼控制器的设计方法。该方法采用广域测量系统(WAMS)提供的准实时测量数据,通过Prony传递函数辨识法和纯时滞环节Pade逼近法建立时滞电力系统模型;然后基于混合灵敏度H∞控制理论和极点配置方法设计阻尼控制器,使闭环系统在满足H∞性能指标的前提下极点分布于合适的区间,从而获得所需的系统动态性能。4机2区域电力系统和新英格兰测试系统仿真实例表明,采用广域测量反馈信号的阻尼控制器能够显著提高系统区间低频振荡的阻尼,并且具有时滞不敏感性。     

山东电网广域阻尼控制系统设计与分析

针对山东电网,提出了一种广域控制系统的设计和分析步骤。首先,需要对山东电网进行振荡稳定分析;然后,用伪随机二元信号探测和预测误差方法对系统进行降阶辨识,根据降阶辨识得到的主模比和留数指标来分别选择反馈信号和控制器地点;最后,控制设计问题就转化为带约束的非线性规划,可对多个控制器参数进行协调和优化。用山东电网仿真数据对广域阻尼控制系统进行验证的同时,也分析了它对本地模式的影响。仿真结果表明,该方法在阻尼山东电网的区间振荡和提高传输容量上均有效。     

直流广域自适应阻尼控制器设计与RTDS实验

传统的阻尼控制器较难适应系统结构与运行方式的变化,导致电网的低频振荡现象仍然时有发生.设计了一种基于广域动态信息的自寻优自适应阻尼控制器.该控制器使用改进的Prony算法,在线分析得到系统弱阻尼区间振荡模式的阻尼比,并据此通过自寻优的方法调整控制器的参数.该方法避免了现有自适应阻尼控制方法中存在的系统降阶模型辨识的困难,其控制效果通过在南方电网直流调制中的仿真应用得到了验证.进一步,实现了该直流自适应阻尼控制器的软硬件系统,并在基于实时数字仿真器(RTDS)与广域测量系统物理装置的实验平台上进行了测试.闭环控制实验结果说明了此自适应策略的有效性及广域阻尼控制的可行性.     

基于ε—权衡“阻尼—时滞”电力系统广域阻尼控制

在解决电力系统区间低频振荡时存在广域信号延迟问题,对系统稳定运行带来巨大影响。针对此问题,首先建立时滞电力系统降阶数学模型;然后提出一种基于权衡的思想实现广域阻尼控制,通过利用线性矩阵不等式（LMI）工具箱并借助李雅普诺夫时滞稳定性判据求解广域阻尼控制器（WADC）参数,再利用时滞分割间接方法证明系统的稳定性,并对系统阻尼特性进行分析。最后以四机两区模型为例进行仿真,结果表明在约6 s时转子角和有功功率基本趋于稳定,相比其他常用广域阻尼控制器方法有效地改善电力系统阻尼稳定性。     

基于在线辨识的电力系统广域阻尼控制

提出了利用多路广域测量信号作为反馈量的新型电力系统广域阻尼控制(WADC)方法。首先,推导了基于改进Prony算法的动态降阶等值系统参数的辨识方法;利用该辨识方法对受控系统进行辨识,在辨识结果的基础上运用线性二次型方法设计WADC的参数。广域闭环控制必须考虑通信延迟的影响,文中利用线性矩阵不等式方法讨论了控制参数在时滞下的稳定性问题。MATLAB数值仿真验证了辨识方法的准确性。WADC的控制效果在36节点的多机系统中得到了仿真验证。结果证明,应用广域信号作为反馈的WADC可以更有效地阻尼区间低频振荡,同时提高了联络线的传送容量极限。     

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。     

基于迭代辨识方法的含风电多干扰电力系统阻尼控制

风电接入电力系统后的低频振荡控制是保证电网稳定运行的关键。随着风电场联网规模的不断扩大,当风电接入由于电网结构、负荷潮流、发电机励磁控制等因素导致的阻尼不足形成的多干扰环境下电力系统后,模型辨识误差因素给电力系统的辨识与阻尼控制带来了很大的难题,常常会恶化阻尼控制效果。针对此问题,首先以风电功率波动信号作为辨识信号,建立风电接入多干扰环境下电力系统闭环模型;然后基于递推最小二乘法和Vinnicombe距离理论,提出一种迭代辨识方法,并给出方法实现的整个步骤,该方法充分考虑辨识误差因素,可以实时辨识出电力系统最优电力系统模型和最优阻尼控制器模型;最后,以风电接入四机两区域间降阶模型为例,采用提出的方法进行仿真,并与传统迭代辨识方法进行了对比。仿真结果表明,所提方法可以有效抑制风电接入下多干扰电力系统的低频振荡,实现稳定的阻尼控制。     

基于参量Lyapunov理论的广域时滞阻尼控制器设计

针对联络线可能存在的功率低频振荡,采用广域测量数据并选择合适的反馈信号实现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广域测量信号时滞,并基于参量Lyapunov理论设计得到了一种新型的广域时滞阻尼控制器,控制器控制律和参数值可以通过参量Lyapunov方程直接得到。基于4机2区仿真模型建立了互联电力系统研究模型,时域仿真表明,所提的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼互联系统区间振荡。