基于鲁里叶型Lyapunov函数的电力系统次同步谐振稳定运行域的分析

将汽轮发电机六段轴系模型转化成标准鲁里叶控制系统,应用鲁里叶型Lyapunov函数对该非线性系统在平衡位置的稳定性进行详细分析,确定轴系的稳定运行域,为电力系统SSR稳定运行域的可视化描述提供了新的思路,由于该方法是直接针对非线性系统的,故对小干扰和大扰动下的轴系扭振的分析均能适用。对IEEE第一基准模型（两段和六段轴系）的仿真结果表明了该方法的有效性。     

考虑通讯拓扑的电力系统分散协调控制器设计

电力系统的暂态稳定控制历来备受重视。受二阶多智能体系统一致性理论的启发,该文考虑通讯拓扑的作用并将平衡机作为领导节点,给出了一种基于Lyapunov函数的分散控制器的设计新方法。为方便构造Lyapunov函数,利用收缩节点导纳矩阵将控制误差进行等效转化。在稳定的前提下,考虑控制输出在近零时波动太大的实际情况,对既得控制器进行了分段设计。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

计及凸极效应的双时标直接法暂态稳定分析

基于同步发电机单轴模型的双时间尺度特性,将电力系统模型分解为快子系统和慢子系统,并考虑发电机的凸极效应(即x’d≠xq),分别构造了快、慢子系统能量函数。将该能量函数与双时标直接法理论基础相结合,以确定主导不稳定平衡点(CUEP)。通过一个单机无穷大系统的仿真计算和稳定域分析,验证了该法在暂态稳定分析中的有效性。方法克服了目前双时标直接法不能考虑发电机凸极效应的不足。     

一类切换系统的连续分段Lyapunov函数

切换系统是一类重要的混合动态系统，其稳定性不但与子系统是否稳定有关，还与切换控制函数有关。本文分析了在特定切换控制函数作用下，切换系统的稳定性，用连续分段Lyapunov函数讨论了切换系统稳定的充分条件。它不但适用于线性切换系统，对非线性系统也适用。连续分段Lyapunov函数的条件比公共Lyapunov函数和多Lyapunov函数的条件容易满足，能够分析含有不稳定子系统的切换系统的稳定性。最后给出两个例子说明了连续分段Lyapunov函数方法的有效性。     

STATCOM控制的电力系统稳定性分析

基于哈密顿系统理论,将含有STATCOM的简单电力系统表示为标准的哈密顿系统,推导了该系统的哈密顿函数,并证明了所得到的哈密顿函数可作为判断系统稳定性的Lyapunov函数。根据该函数,提出了STATCOM控制的电力系统的暂态稳定分析新方法。对含有STATCOM控制的简单电力系统的数值仿真结果证实了这一方法的有效性。     

七阶混沌振荡电力系统的自耦PD控制

为了抑制七阶电力系统中的混沌振荡,根据自耦PID控制理论提出了一种简单的混沌控制方法。该方法首先将七阶混沌系统控制问题分解为三个严格反馈子系统的控制问题,然后将每个子系统已知和未知动态分别定义为一个总扰动,进而将三个子系统等价映射为一个三阶线性扰动系统和两个二阶线性扰动系统。据此分别构建了在总扰动反相激励下的三个受控误差系统。根据自耦PID控制理论,分别设计了一个扩展自耦PD控制器和两个自耦PD控制器。最后分析了每个子系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。仿真结果验证了所提控制方法的有效性,每个状态变量均能由混沌振荡状态恢复到稳定运行状态,且控制信号光滑。因此该方法在电力混沌振荡控制系统领域具有良好的实际应用前景。     

基于多代理技术的分布式模型预测长期电压稳定紧急控制

将分布式模型预测控制方法应用于电力系统长期电压稳定紧急控制器设计,重点解决如何将大系统的在线滚动优化问题转化为若干个子系统的在线协同优化问题。在寻优过程中,利用各子系统优化目标函数的凸组合构造全局优化目标函数,通过迭代和网络通信共同求解该分布式优化问题,使系统达到纳什均衡点的收敛性得到提高。此外,根据分布式模型预测控制算法和多代理技术之间的共同性,利用Matlab和JADE在优化计算和面对代理编程方面的优势,提出并构建一种适用于分布式模型预测控制算法的多代理系统,在各子系统间实现了对滚动优化问题的并行求解。新英格兰10机39节点系统上的仿真计算验证了所提方法的有效性。     

伪广义哈密顿理论及其在多机电力系统非线性励磁控制中的应用

传统的电力系统广义哈密顿(Hamilton)实现方法难以考虑转移电导的影响,提出伪广义哈密顿系统理论,在广义哈密顿实现方法的基础上通过构造新的李亚普诺夫(Lyapunov)函数,实现了一类非线性系统的直接镇定控制。推导出可保证系统渐近稳定的条件和判据,将考虑转移电导情况下的多机电力系统模型表示成为伪广义耗散哈密顿形式,采用阻尼注入和能量补偿的思想进行励磁控制器的设计,物理意义更为明确,并结合电力系统的运行特点,给出判断系统渐近稳定性的近似方法。3机电力系统的仿真结果验证了所提出方法的正确性和控制策略的有效性。     

基于Hamilton能量整形的多机电力系统励磁控制

基于广义Hamilton理论,提出将非线性微分-代数系统表示为一种改进的Hamilton系统的实现方法.通过重构结构矩阵,对所提系统的Hamilton函数进行能量整形,给出了镇定控制器的设计方法.以此为基础,研究了结构保留多机电力系统的Hamilton实现问题,运用能量整形方法,提出了可作为系统Lyapunov函数的Hamilton能量函数,并设计了可镇定该系统的励磁控制器.仿真结果证明了所提方法和控制策略对提高电力系统暂态稳定的有效性.     

Lyapunov模式控制Buck变换器

探索了开关功率变换器的Lyapunov模式非线性控制策略。以Buck变换器为例,构造了含有电容电压误差项、电感电流误差项及其积分项的三项式Lyapunov能量函数,导出了满足系统稳定收敛的控制方程。通过引入积分复位控制电路和简化的电压外环控制电路,构建出Lyapunov模式控制的等效模拟控制电路,基于系统线性化模型给出了控制参数的选取以及系统性能分析。最后给出仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

汽轮发电机组轴系扭振平衡位置分析与稳定域估计

根据汽轮发电机组轴系的简化模型,采用Lyapunov直接法对该非线性系统的平衡位置稳定性进行了定性分析,在参数取于一定范围内时,确定了平衡点的位置,对稳定平衡点,用Lyapunov函数对稳定域进行了估计。这里提出的分析方法是直接针对非线性系统的,因而避免了线性化方法所产生的误差。文中用仿真算例说明了这种分析方法的有效性。     

一种新的Lure型Lyapunov函数及其在电力系统稳定性分析中的应用

本文构造了一类多变量非线性控制系统新的李雅普诺夫函数,并将它用于电力系统稳定性分析,得到了单机无穷大系统、多机系统的改进型李雅普诺夫函数。计算例题表明:该类型李雅鲁诺夫函数和传统的Lure型李雅普诺夫函数相比,能更准确地给出电力系统暂态稳定域。     

汽轮发电机电气参数对次同步扭振阻尼的影响

汽轮发电机是联系轴系机械系统与电力网络的中间环节,其数学模型的表现形式及参数精度对次同步扭振研究的可行性及结论有着直接的影响。通过对机电系统闭环特征值的计算分析,研究了汽轮发电机电气参数对次同步扭振阻尼的影响,指出应注意发电机次暂态电抗参数精度对次同步扭振阻尼有较大影响。     

A stabilizer for oscillating torques in synchronous machines

A novel torque stabilizer was developed and has been continuously applied at the Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik (IPP), Garching, Germany, as a countermeasure to torsional oscillation and resonance problems in large synchronous machines. Such problems are most frequently encountered in rotor systems with long shafts and large inertias constituting a weakly damped mechanical resonator which exhibits a low resonance frequency, e.g., 10-30 Hz. This paper presents examples for the successful suppression of torsional resonances in synchronous machines of the IPP experimental power supply, an isolated power system based on flywheel generators. The novel torque stabilizer is a power electronic device which is connected to the stator winding of the synchronous machine. It produces the same effect as an increased natural damping for oscillation modes in the rotating shaft assembly. It is, therefore, universally applicable to torsional oscillation problems in generators and electrical drive systems.     

汽轮发电机组轴系扭振多指标非线性协调控制

为减少机电扰动对汽轮发电机组轴系扭振的影响,在单机无穷大系统中,建立了汽轮发电机组轴系、励磁和调速的六阶非线性状态空间数学模型。基于反馈精确线性化理论,设计了发电机组励磁和调速的多指标非线性协调控制(MINC)策略。同时与线性最优控制(LOC)方法做对比,仿真表明:采用MINC方法,当系统受到短路故障,调功和调压扰动时,不仅能更好地抑制汽轮机和发电机之间功角位移偏差的振荡,减少轴系扭振事故的发生,还可以兼顾各状态量的动、静态性能,提高电力系统稳定运行水平。     

利用暂态能量流的次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估

近年来,随着大量电力电子装置接入电网,次同步振荡越发复杂,难以准确判断振荡的主要诱发因素或元件。应用暂态能量流进行次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估。提出了次同步振荡分析中暂态能量流的计算方法,将元件端口瞬时电压、电流从abc坐标系转换到xy坐标系计算暂态能量流。然后在汽轮发电机组多质量块详细模型下推导了能量流的组成,包括暂态能量和阻尼消耗的能量,说明了次同步振荡中暂态能量流和阻尼的关系,若元件吸收能量,则具有正阻尼。次同步强迫振荡中扰动源不断发出能量,通过计算网络中的振荡能量流和能流功率,即可定位扰动源。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件下搭建了不同算例进行仿真研究,结果验证了所述方法的有效性。     

基于可观测与可控度的直流输电次同步振荡阻尼控制研究

汽轮发电机组轴系在次同步频率范围内往往存在多个扭振模态。目前对高压直流输电引起的多模态次同步振荡尚缺乏行之有效的抑制策略,系统中多次出现应用次同步振荡阻尼控制器后轴系依然存在明显振荡的现象。应用状态空间法对轴系机械系统进行分析,建立了次同步振荡模态的可观测度与可控度的概念。在设计次同步振荡阻尼控制器时,基于次同步振荡的可控与可观测度进行参数优化。PSCAD/EMTDC的时域仿真结果表明,传统的次同步振荡阻尼控制器对于可观测与可控度较低的振荡模态抑制效果较差,而所提出的基于可观测与可控度的次同步振荡阻尼控制     

含双馈风电电力系统的采样负荷频率控制

针对含新能源的多区域电力系统频率稳定问题,提出一种考虑控制信号更新周期变化的采样负荷频率控制(load frequency control,LFC)方案。首先,在充分考虑系统采样特性的基础上,建立新型电力系统采样LFC模型,并将模型转化为一个采样数据网络控制系统。然后,利用整个采样区间[t _k,t _k+1)信息,构建一个新的双边闭环型Lyapunov泛函。结合所提出的泛函与自由矩阵不等式,导出系统的低保守性稳定准则。基于这个准则,提出确保系统镇定的采样控制器设计方法。最后,通过实例仿真验证了所提方法的有效性与优越性。     

基于宽频量测间谐波潮流计算的次/超同步振荡溯源方法

宽频量测技术的快速发展为部分新能源发电并网节点的次/超同步振荡监测提供了有效手段,但是由于测量单元布点限制,难以获得全网的振荡传播和分布。为此,提出了一种基于新能源发电并网点宽频量测间谐波潮流计算的次/超同步振荡溯源方法。给出了次同步振荡频率下间谐波潮流算法的网络模型和元件模型,总结了间谐波潮流计算的详细步骤,通过间谐波潮流计算可得到各个节点的间谐波电压电流分布,进而获得全网次/超同步振荡传播路径。当新能源发电系统次同步振荡传播引发邻近火电机组轴系扭振时,存在扭振机组间谐波等效阻抗突变的特性,从而造成间谐波潮流分布发生变化,根据预想振荡状态下间谐波潮流计算结果与实际宽频量测结果间的不同,可用于新能源发电次同步振荡引发邻近火电机组轴系扭振的溯源定位。最后,基于四机两区域系统和IEEE 10机39节点系统算例验证了所提方法的有效性和准确性。     

Development of a damping analysis program for multi-generator powersystems

A numerical damping analysis program (DAMP), based upon the frequency scanning method, for application to multi-generator power systems has been developed. This program permits the determination of electrical and mechanical torsional damping at arbitrary frequencies with respect to the individual generator under consideration within such a multi-machine system. Therefore, this allows the quantitative frequency domain analysis of power swing and torsional oscillation with due consideration for the effects of mutual interference among the generators. In this paper, first, the basic algorithm, modeling method, and validity of the new program are indicated. Next, the effectiveness of the program is demonstrated through SSR and other types of analyses for multi-machine systems