基于阻尼转矩分析法的广域阻尼控制器设计

阻尼转矩分析方法（DTA）是建立在发电机转子运动所获得的阻尼转矩这一概念,物理意义清晰。将阻尼转矩分析法扩展至时滞电力系统,推导了广域阻尼控制器（WADC）考虑时滞时的DTA模型。基于全系统DTA模型研究了时滞WADC对系统阻尼的影响机理,提出了时滞特性表征指标。在此基础上,从广域时滞信号的选择和控制器参数整定两个方面,推导了考虑时滞影响时WADC的配置方法。通过算例阐述了WADC的配置优化过程,并得到了时滞特性对WADC角度影响强度要明显大于放大倍数影响的结论,也证明了基于DTA的计及时滞的广域阻尼控制器的配置方法的正确性和可行性。     

计及时滞影响的电力系统稳定器的H∞控制

研究了计及时滞影响的电力系统稳定器(PSS)的H∞控制。基于H∞鲁棒控制理论和线性矩阵不等式处理方法,利用Matlab/LMI工具箱,以联接到远方系统的发电机为例,进行了时滞系统PSS的H∞控制器设计。应用Pade逼近法近似时间延迟,采用Matlab/Simulink技术进行数字仿真。仿真及分析表明,所设计的PSS具有很好的对时滞的不敏感性,可以抑制振荡,提高电力系统的稳定性。     

计及时滞影响的电力系统稳定器的H∞控制

研究了计及时滞影响的电力系统稳定器(PSS)的H∞控制.基于H∞鲁棒控制理论和线性矩阵不等式处理方法,利用Matlab/LMI工具箱,以联接到远方系统的发电机为例,进行了时滞系统PSS的H∞控制器设计.应用Pade逼近法近似时间延迟,采用Matlab/Simulink技术进行数字仿真.仿真及分析表明,所设计的PSS具有很好的对时滞的不敏感性,可以抑制振荡,提高电力系统的稳定性.     

考虑时滞影响的SVC广域附加阻尼控制器设计

本文提出了考虑时滞影响的静止无功补偿器(SVC)广域附加阻尼控制器的设计方法。以含有SVC的新英格兰电力系统为例,通过几何可控/可观度分析选择SVC的附加阻尼控制器的广域输入信号,采用留数法计算得出了其时滞补偿参数,随后采用时滞稳定性判据分析了含有SVC常规附加阻尼控制器的增益与闭环电力系统的时滞稳定裕度的关系,最后根据时滞稳定裕度结果确定了SVC附加阻尼控制器的增益。仿真结果表明,考虑时滞影响的SVC附加阻尼控制器既能够提高系统的阻尼特性,又具有一定的时滞鲁棒性。     

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。     

广域PSS附加阻尼控制的时滞分析及时滞补偿

通常基于本地反馈信息的电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS)不能很好地抑制系统区间低频振荡,广域测量系统(Wide Area Measurement System,WAMS)的应用为抑制系统区间低频振荡提供了强有力的工具。提出一种考虑时延影响的PSS,并利用增益调节模块和相位超前/滞后模块构成PSS时滞补偿环节,消除远方信号延迟的影响。以一个四机两区域系统为例,利用改进矩阵束的方法辨识不同延迟条件下对阻尼控制的影响和阻尼补偿效果。仿真结果表明该时滞补偿方法在一定延迟范围内的有效性,维持了PSS采用远方信号的阻尼效果,提高了系统稳定性。     

风电场阻尼电力系统振荡的机理及时滞影响

为改善风电场对电力系统的阻尼影响,提出了附加有功控制策略并分析了通信时滞对附加控制效果的影响。首先,分析了风电场阻尼电力系统的机理,推导了风电场提供正阻尼的解析条件。基于该条件,设计了附加有功控制策略,将风电场公共母线的频率增量作为附加控制器的输入,附加控制器的输出经通信网络作用于各风电机组,以改善风电场整体动态行为,达到对电力系统产生正阻尼的作用。然后,考虑了通信时滞对控制效果的影响,提出并证明了求解风电场提供零阻尼的临界时滞以及计算系统发生Hopf分岔的临界时滞的2个命题,以作为附加有功控制的约束条件。最后,通过时域仿真表明,附加有功控制可显著增强电力系统阻尼;在引入时滞因素后发现,随着时滞的增大,系统阻尼相应变化。根轨迹分析与频率特性分析验证了风电场提供正阻尼条件及时滞影响相关命题的正确性。     

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。     

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。     

考虑广域测量时滞的广义预测电网阻尼控制

针对大型电力系统模型的复杂性和时变性使得离线计算结果可靠度不高的问题,利用广域测量条件下数据实时同步高速采集的优点,将广义预测控制理论应用于电网阻尼控制系统,提出一种适用于广域测量条件的电力系统阻尼控制器设计方案,以实现系统的实时监测、滚动优化和反馈控制。该方案引入预估补偿器以克服远方反馈信号的时滞对控制性能的影响;通过在线辨识参数不断修正广义预测控制器模型和预估器参数进行优化控制,达到改善互联电网阻尼、抑制低频振荡的目的。基于EPRI 36节点系统和国内某实际电网的仿真试验结果证实了控制方法的有效性。     

交直流电力系统PSS和直流附加控制的协调

针对当今大容量、远距离、多区域互联电网低频振荡现象严重的问题,提出了一种基于Prony算法的PSS和直流附加控制器协调运行的策略。该方法根据多代理分层控制的思想,首先利用Prony辨识全网系统,求出在没有配置PSS和直流附加控制时的系统振荡频率,利用相位补偿法优化PSS控制参数,有效地抑制局部振荡模式。当全网的局部振荡模式达到满意水平后,反复利用Prony对系统进行辨识,通过每次的辨识结果对直流附加控制器进行参数整定,逐渐把剩余区域间振荡模式消除。仿真研究表明,该控制策略有效抑制了贵广交直流系统的低频振荡,并具有一定的鲁棒性。     

双馈电机改善系统阻尼的研究

给出了双馈电机的完整小信号模型,分析了双馈电机对系统阻尼的影响,在此基础上通过在转子侧控制系统中引入电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)环节,使系统扰动时,双馈电机能够提供额外的阻尼来削弱震荡,并通过特征根和时域仿真来验证其有效性,结果表明,引入的PSS环节能够改善系统阻尼、提高稳定性。     

基于混合粒子群优化算法的PSS参数优化

将一种新的进化算法—粒子群优化算法(PSO)应用到电力系统稳定器(PSS)参数优化当中,文中使用引入交叉操作的混合粒子群优化算法(HPSO),可以获得更好的全局搜索能力和收敛速度。先以低频振荡范围内(0.1~2Hz)PSS产生的附加阻尼转矩ΔTe与Δω尽可能同相位为目标优化PSS超前-滞后环节参数;再以小扰动时发电机功率和角速度振荡最小为目标整定PSS放大倍数。优化结果表明,HPSO算法可以有效地解决PSS参数优化问题。     

Design of a nonlinear power system stabilizer using synergetic control theory

Electromechanical oscillations of small magnitude and low frequency exist in the interconnected power system and often persist for long periods of time. Power system stabilizers (PSSs) are traditionally used to provide damping torque for the synchronous generators to suppress the oscillations by generating supplementary control signals for the generator excitation system. Numerous techniques have previously been proposed to design PSSs but many of them are synthesized based on a linearized model. This paper presents a nonlinear power system stabilizer based on synergetic control theory. Synergetic synthesis of the PSS is based fully on a simplified nonlinear model of the power system. The dynamic characteristics of the proposed PSS are studied in a typical single-machine infinite-bus power system and compared with the cases with a conventional PSS and without a PSS. Simulation results show the proposed PSS is robust for such nonlinear dynamic system and achieves better performance than the conventional PSS in damping oscillations.     

计及信号随机延时的电力系统小干扰概率稳定性分析

为了研究随机延时对电力系统小干扰稳定性的影响,基于阻尼转矩分析法提出了一种计算特征根相对于延时的灵敏度的方法,进而通过Gram-Charlier级数展开的方法,得到随机延时下电力系统临界特征根实部的概率密度函数,该稳定性分析方法具有计算快速、简便的优点;然后,对计及广域信号随机延时的电力系统稳定器进行了参数鲁棒设计。在基于OPNET-MATLAB的信息物理融合电网系统联合仿真平台中搭建了两区四机系统模型,通过蒙特卡洛模拟验证了所提特征根概率密度函数计算方法的正确性,并分析了不同延时特性对系统小干扰稳定的影响,最后通过两区四机算例验证了所提电力系统稳定器鲁棒性设计方法的有效性。     

考虑时间延迟影响的电力系统稳定器设计

采用广域信息可有效地提高大型互联系统的动态性能。由于距离远，信号传输的时间延迟不可忽略，而时延的存在对电力系统稳定器(PSS)的性能有很大的影响。该文提出了一种考虑时延影响设计PSS的方法。该方法根据留数矩阵确定PSS控制回路；采用Pade逼近法近似时间延迟，并写成状态空间形式，与PSS一同形成了时延控制器，同时使系统变为不显含时延项的控制系统；再应用进化策略整定PSS参数。文章以4机系统为例，比较了考虑时延与不考虑时延设计的PSS的性能，说明了该方法的有效性。     

发电机阻尼与电力系统稳定器试验——发电机负载阶跃响应

通过实例介绍了发电机励磁系统带有附加反馈控制及无附加反馈时对低频振荡阻尼的试验方法,比较了各种现场试验,表明发电机负载阶跃响应是最简捷的检查PSS效果及调整PSS参数的方法。文中提出了弱阻尼界定的初步意见,并说明计算弱阻尼时应考虑发电机组的阻尼系统。     

Coordinated Design of Power System Stabilizers and Static Phase Shifters Using Genetic Algorithm

Coordinated design of a power system stabilizer (PSS) and a static phase shifter (SPS) using genetic algorithm (GA) is investigated in this paper. The design problem of PSS and SPS controller is formulated as an optimization problem. An eigenvalue-based objective function to increase the system damping is proposed. Then, GA is employed to search for optimal controller parameters. Different control schemes have been proposed and tested on a weakly connected power system with different disturbances, loading conditions, and parameter variations. It was observed that although the PSS enhances the power system stability, the SPS controller provides most of the damping and improves the voltage profile of the system. The nonlinear simulation results show the effectiveness and robustness of the proposed control schemes over a wide range of loading conditions and system parameter variations.     

Three-dimensional power system stabilizer

Power system stabilizers (PSSs) are used to enhance damping of power system oscillations through excitation control of synchronous generator. The objective of the PSS is to generate a stabilizing signal, which produces a damping torque component on the generator shaft. Conventional PSSs are designed with the phase compensation technique in the frequency domain and include the lead-lag blocks whose parameters are determined according to a linearized power system model. The performance of conventional PSSs (CPSSs) depends upon the generator operating point and the system parameters, but a reasonable level of robustness can be achieved depending on the tuning method. This paper presents a new three-dimensional PSS (3D PSS), which uses rotor speed deviation, rotor acceleration and load angle deviation as input signals. The 3D PSS attempts to return the generator to the state-space origin, based on the generator’s trajectory in state-space and the achievement of torque equilibrium. The 3D PSS is robust to system parameters changes. The proposed algorithm was implemented in a digital control system, tested in a laboratory environment on a synchronous generator connected to the power system, and then compared with CPSS. Experimental results show that the proposed PSS achieves better performance than the CPSS in damping oscillations.