基于观测解耦状态空间的多机励磁非线性分散最优控制策略

为进一步改善多机系统的暂态稳定性,结合直接反馈线性化原理和最优控制理论推导出多机系统中励磁的分散控制规律.该控制策略是根据多机电力系统观测解耦状态空间得出,只需要当地信号实施控制, 驱动子系统到达局部平衡点,就能使全系统达到稳定.仿真结果表明,该控制规律能够较好地提高多机电力系统的暂态稳定性.     

汽轮发电机组的线性分散干扰抑制控制

将非线性鲁棒控制理论应用于多机电力系统的汽轮调速控制系统。在耗散系统理论框架下,用推设计的方法,构造汽轮发电机组的能量存储函数,以避免求解HJI不等式,从而得到多机系统汽轮调速的非线性L2增益干扰抑制控制规律。控制策略的所有变量都是可量测的,而且控制量只与本机组的状态量有关,与其他机组的状态量和输电网络的参数无关。因而具有分散性。4机系统仿真结果表明,该控制规律可以提高电力系统的暂态稳定性。     

汽轮发电机组的非线性分散干扰抑制控制

将非线性鲁棒控制理论应用于多机电力系统的汽轮调速控制系统。在耗散系统理论框架下,用递推设计的方法,构造汽轮发电机组的能量存储函数,以避免求解HJI不等式,从而得到多机系统汽轮调速的非线性L₂增益干扰抑制控制规律。控制策略的所有变量都是可量测的,而且控制量只与本机组的状态量有关,与其他机组的状态量和输电网络的参数无关,因而具有分散性。4机系统仿真结果表明,该控制规律可以提高电力系统的暂态稳定性。     

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。     

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.     

多机电力系统非线性励磁控制的研究

本文根据励磁稳定控制中的非线性问题,应用微分几何控制理论,提出了多机电力系统发电机励磁非线性反馈解耦控制器的设计方法及相应的闭环非线性解析励磁控制规律。通过对六机系统的仿真结果表明,所设计的控制方式不仅可以有效地改善多机系统的动态响应,而且可以显著地提高多机系统的暂态稳定极限。与其它励磁控制方式相比,具有明显的优越性。     

自动重合闸重合于永久性故障对电力系统暂态稳定的影响

在电力系统网络暂态能量函数的基础上,根据暂态能量在网络中的分布与系统稳定性之间的关系,提出了永久性故障重合闸优化时间范围。通过对多机系统的仿真表明,在该时间范围重合闸可以改善电力系统暂态稳定性。     

含STATCOM多机系统的广义Hamilton非线性控制设计

为提高系统电压的稳定性,针对电力系统非线性微分代数系统,在含STATCOM的结构保持多机系统中设计了相应的非线性稳定控制器,提出了有利于控制设计的功率注入STATCOM新模型;运用广义Hamilton系统理论设计了含STATCOM的结构保持多机系统的控制策略,并提高系统对扰动的鲁棒性。对含有STATCOM的典型3机9节点系统进行仿真的结果表明了所提出控制策略延长了系统临界故障时间,证明该策略可提高系统暂态稳定性。     

多机系统发电机组强励电压倍数优化配置算法

提高发电机组的强励电压倍数可以提高多机系统的暂态稳定性,因此研究了多机系统发电机组强励电压倍数优化配置算法。建立多机系统的单机无穷大母线模型,定量计算了系统的暂态稳定裕量。分别建立无刷励磁方式和静止励磁方式下,强励电压倍数对系统暂态稳定裕量的影响模型,基于影响模型提出多机系统发电机组强励电压倍数优化配置算法。多机系统发生单一故障时,该算法优先提高暂态稳定边际成本低的机组的强励电压倍数;多机系统发生多故障时,该算法优先提高概率暂态稳定边际成本低的机组的强励电压倍数。利用所提算法,对IEEE 3机9节点系统和新英格兰系统的强励电压倍数进行了优化配置。仿真结果表明,在该配置方式下,系统的暂态稳定性优于其他配置方式。     

支路势能法在电力系统暂态稳定分析中的应用

支路势能法是建立于结构保持的多机电力系统模型的电力系统暂态稳定性分析方法,可用于分析故障后电力系统的稳定性以及脆弱的输电瓶颈和系统失稳模式的判别。在多机电力系统中的应用表明该方法在电力系统暂态稳定性分析的有效性。     

汽轮发电机汽门开度的分散非线性预测控制

基于非线性预测控制理论,设计出具有闭型解析解控制律的汽轮发电机汽门开度分散非线性预测控制器。该控制器并不要求进行在线优化计算,从而避免了繁重的计算负担。控制器的输入为当地可测量信号且与网络参数无关,从而实现了分散控制。通过在6机22母线系统的仿真结果表明,该控制器能提高电力系统的暂态稳定性和动态性能。     

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。     

含储能的两级光伏功率振荡抑制策略研究

功率振荡一直是电力系统亟待解决的稳定性问题,研究含储能的大容量光伏并网抑制电力系统功率振荡与当下能源发展方向相符。首先建立含储能的两级光伏并网模型,设计抑制功率振荡的控制策略,同时采用阻尼转矩分析推导该控制策略对系统阻尼影响的物理意义,以特征值法分析复杂的多机系统。搭建含储能的两级光伏并入单机和多机系统仿真模型,采用时域仿真和特征分析,验证了控制策略抑制功率振荡的有效性,在多机系统中对目标机组振荡抑制效果更明显,有效提高了系统的稳定性。     

考虑控制量限幅的发电机非线性分散鲁棒汽门控制

提出了一种冗余控制量情况下考虑控制量限幅的非线性反馈控制方法,这种方法通过在动态过程的任一时间点上求解一个具有不等式约束的最优化问题得到该时刻各控制量值,使实际能够给出的虚拟控制量尽量达到保证系统渐近稳定所需要的虚拟控制量要求。将该方法与引入量测变量的建模方法相结合,设计了可同时考虑高压、中低压缸汽门控制的多机系统非线性分散鲁棒汽门控制器。对一个多机交直流系统的数字仿真表明,所设计的控制器是有效的。     

Power system transient stability enhancement by optimal control of static VAR compensators

A study of power system transient stability enhancement through the effective use of static VAR compensators is presented. The optimal control strategy resulting from the direct Lyapunov method and Pontryagin's maximum principle requires a control signal based on the state variables not available at the compensator bus. It is proved that this optimal signal can be replaced by the time derivative of an electric quantity derived from local measurements. A control algorithm based on this quantity gives smooth and very effective regulation. Tests done for two-machine and multi-machine systems have confirmed the validity and robustness of the proposed control algorithm.     

Stabilizing control of variable impedance power systems: Applications to variable series capacitor systems

In future electric power systems, it will be very important to utilize existing ac networks more effectively with the help of power electronics technology. It has become clear that various types of apparatus utilizing such power electronics technologies as variable series capacitors (VSrC) and high-speed phase shifters (HSPS) can improve transient stability and damping in one-machine, infinite-bus power systems. This paper presents a novel control scheme for variable impedance apparatus such as VSrC and HSPS devices in multi-machine power systems. First, this paper describes a comprehensive approach for control design of VSrC and HSPS apparatus. The proposed control scheme is based on the energy function of multi-machine power systems. The controllers are designed so that the time derivative of the energy function has a smaller negative value than that without controllers. In this sense, the present method assures the improvement of first-swing stability and damping. Next, the proposed control scheme is applied to VSrC apparatus. Digital simulations and eigenvalue analysis are conducted for a three-machine loop system and a five-machine radial system to demonstrate the effectiveness of the proposed method. The results make it clear that the proposed controllers for VSrC can significantly improve both the transient stability and the steady-state stability of power systems.     

多机系统励磁与SSSC的非线性鲁棒协调控制

针对多机电力系统中,发电机励磁和静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC)的协调控制问题,引入广义Hamilton系统理论,进行非线性协调控制器设计。SSSC采用考虑内部动态的三阶模型,并将SSSC与各台发电机的相互作用用附加电磁功率表示。将包含发电机励磁和SSSC的多机电力系统描述成广义耗散Hamilton系统形式,利用边界函数法和L2干扰抑制控制方法设计了发电机励磁和SSSC的协调控制器。四机两区域系统的仿真结果表明:与传统的分散控制器相比,所提的非线性协调控制器能够有效地提高系统的暂态稳定性和电压调节性能。     

Decentralized nonlinear H∞ controller for large scale power systems

The aim of this paper is to design nonlinear decentralized controllers for multi-machine power systems. The design procedure is based on H_∞ control theory and consists of two parts. First, the feedback linearization technique is used. Then, a robust controller is designed using the linear matrix inequalities (LMI) approach. The controller has two blocks. One, is a nonlinear function of some local measurable signals such as the generator active and reactive powers, the rotor speed and the armature current. The other block is a PID controller. The linear H_∞ theory is used to tune the PID parameters. The method results in a controller which is easy for implementing in practice. The performance of the controller is tested on a sample multi-machine power system model. Simulation results show the effectiveness, robustness and good performance of the proposed controller.     

多机系统中励磁与SVC的协调控制

主要研究基于结构保持模型的多机电力系统的暂态稳定性。将连接与阻尼分配?无源控制方法进行从常微分方程到微分代数方程的拓展,求解一类仿射非线性微分代数系统的调节问题。并用所提方法设计多机系统中的发电机励磁与静止无功补偿器的协调控制器,不再拘泥于单机系统的协调控制研究。该方法充分利用整个系统的物理结构,通过引入电气与机械动态之间的耦合项进行能量整形,加强两者之间的联系,保证闭环系统的渐近稳定性。仿真结果说明了协调控制器在阻尼振荡和增强电压稳定性上的有效性。     

Transient stability improvement by nonlinear controllers based on tracking

This paper deals with the control problem in multi-machine electric power systems, which represent complex great scale nonlinear systems. Thus, the controller design is a challenging problem. These systems are subjected to different perturbations, such as short circuits, connection and/or disconnection of loads, lines, or generators. Then, the utilization of controllers which guarantee good performance under those perturbations is required in order to provide electrical energy to the loads with admissible stability margins. The proposed controllers are based on a systematic strategy, which calculate nonlinear controllers for generating units in a power plant, both for voltage and velocity regulation. The formulation allows designing controllers in a multi-machine power system without intricate calculations. Results on a power system of the open research indicate the proposition’s suitability. The problem is formulated as a tracking problem. The designed controllers may be implemented in any electric power system.