给定线路功率的控制潮流求解方法及应用

介绍一种新的控制潮流算法。该算法考虑了发电机有功—频率特性曲线和无功—电压特性曲线的调节特性,避免了常规潮流对PV、PQ及平衡点的假设,有效地解决了电力系统调度运行中通过调整发电机出力使某些重要线路的传输功率维持在给定值的问题。特别是系统受到负荷扰动时,该算法能快速确定各机组的出力。对试验系统的计算表明,该算法是正确有效的。     

搜寻者优化算法在含风电机组系统最优潮流中的应用

针对风力发电机组并网后电力系统的最优潮流(OPF)问题,将搜寻者优化算法(SOA)应用到最优潮流计算模型之中。通过分析风力发电机的稳态数学模型,根据功率守恒原理,得到异步风电机组有功无功出力的表达式,考虑到风电机组的特点,将其作为电压静特性节点处理。建立综合系统经济性和安全性的最优潮流计算的目标函数,该目标函数由网损和静态电压稳定裕度两部分组成,并将搜寻者优化算法运用到最优潮流模型的求解中,并制定该算法的计算流程。算例表明,提出的模型和算法是可行的。     

抽水蓄能机组空载工况分数阶PID调节控制

抽水蓄能机组运行在低水头空载工况易进入"S"特性区域,进而引起机组频率大范围波动和运行不稳定。针对传统比例—积分—微分(PID)控制在低水头空载工况下不能较好地调节抽水蓄能机组频率波动的不足,基于全特性曲线对数曲线投影变换的水泵水轮机数学模型,提出了适用于抽水蓄能机组低水头空载工况运行的分数阶PID(FOPID)调节系统模型,并运用粒子群优化算法优化FOPID控制参数,重点讨论了FOPID控制在低水头空载开机和空载频率扰动时的应用。仿真分析表明:相较于传统PID控制,FOPID控制使得低水头空载运行时机组频率和导叶开度的过渡过程有了明显的改进,提高了抽水蓄能机组调节系统的速动性与稳定性。     

基于特征结构分析法的风电系统静态电压稳定分析

针对风电场(基于异步风电机组构成)并网对原有电力系统静态电压稳定性的影响,结合异步发电机组的无功-电压特性,采用收敛潮流雅克比矩阵特征结构分析法,分析风电场的接入对系统静态电压稳定性的影响。在标准IEEE-30节点系统中并入风电场进行仿真分析,研究表明风电场的接入使得原有系统静态稳定裕度降低,弱稳区域扩大,负荷裕度降低。与其他方法相比此方法更好的实用性和灵活性,适用于大型电力系统。     

特征结构分析法对风电系统静态电压稳定的研究

以特征结构分析法为理论基础,对包含风电场(基于恒速恒频机组构成)的电力系统的静态电压稳定问题进行研究.通过对相关比、参与因子和潮流雅可比矩阵、收缩有功和无功雅可比矩阵最小模特征值的分析,揭示电压和角度不稳定的机理和失稳模态,并提供相关节点的参与程度和系统的稳定裕度信息.仿真结果表明:基于恒速恒频机组构成的风电场及其附近节点具有较强的无功-电压参与程度,是系统电压失稳的关键区域.在IEEE10机39节点电力系统中加入基于恒速恒频机组的风电场并网的简化模型进行仿真研究,采用连续潮流算法对系统平衡解流形进行追踪,对鞍结分岔点的计算采用分岔理论中的直接算法,工具软件采用MATLAB7.04.     

特征结构分析法对风电系统静态电压稳定的研究

以特征结构分析法为理论基础,对包含风电场（基于恒速恒频机组构成）的电力系统的静态电压稳定问题进行研究。通过对相关比、参与因子和潮流雅可比矩阵、收缩有功和无功雅可比矩阵最小模特征值的分析．揭示电压和角度不稳定的机理和失稳模态,并提供相关节点的参与程度和系统的稳定裕度信息。仿真结果表明：基于恒速恒频机组构成的风电场及其附近节点具有较强的无功-电压参与程度．是系统电压失稳的关键区域。在IEEE10机39节点电力系统中加入基于恒速恒频机组的风电场并网的简化模型进行仿真研究,采用连续潮流算法对系统平衡解流形进行追踪,对鞍结分岔点的计算采用分岔理论中的直接算法。工具软件采用MATLAB7．04．     

考虑发电机励磁电流限制的改进连续潮流算法

连续潮流法是静态电压稳定分析中强有力的方法和工具。常规的连续潮流程序中,使用发电机无功出力最大值Qmax近似表征其无功出力限制。在实际系统中,发电机的无功出力受制于励磁电流的调节能力。从稳态角度出发,提出了使用发电机内电势Eq近似表征无功出力限制的处理方法,建立了考虑励磁电流限制的静态电压稳定分析模型,并提出改进的连续潮流算法。该算法在考虑发电机无功出力最大值Qmax的基础上,将无功出力达到最大值的节点视为有功、内电势恒定(P-Eq)节点。该节点根据有功出力、功角值以及机端电压对校正环节中的无功出力进行修正,更好地模拟了发电机在励磁电流限制下的无功特性。IEEE-30节点系统仿真结果证明了该方法的可行性和实用性。     

兼顾安全与经济的高风电渗透率局部电网无功控制策略

针对大规模风电场有功出力波动所造成的局部电压稳定问题,研究了高风电渗透率下局部电网的无功优化模型及算法,并提出了一种兼顾安全与经济的无功控制策略。该策略分为三层:监视层借助WAMS及SCADA实时监视各节点电压、潮流及各无功源状态;计算层基于监视层信息计算双馈异步风力发电机组的无功出力上下界,并采用量子行为粒子群优化算法求解无功联合优化模型;执行层下发计算层结果至各无功源。该策略能够在保障节点电压在控制范围内的同时,充分利用双馈异步风力发电机的无功调节能力,提升局部电网整体静态电压稳定性,并减小有功网损。算例表明,所提策略可行,对高风电渗透率下局部电网的运行具有一定参考价值。     

考虑电压稳定约束的无功优化新模型

为了提高电力系统的安全水平,有必要在无功优化中考虑静态电压稳定约束.现有模型以发电机组恒定不变的无功上下限值来确定电压稳定极限,由此可能导致无功的优化运行不满足实际发电机组的运行极限约束.建立了一种含静态电压稳定约束的无功优化新模型.其中,目标函数为正常状态的有功网损最小,约束方程包括正常状态和临界状态的潮流及其他安全约束和电压稳定裕度约束.由于采用一组基于发电机运行极限图的分段函数来准确反映发电机组的无功限制,从而克服了现有模型可能违反发电机组运行极限约束的问题.采用预测-校正原对偶内点法来求解无功优化新模型,通过IEEE30节点系统的仿真计算,验证了本文所建模型的可行性.     

基于安全域的电力系统有功及无功优化

提出了一种同时计及电力系统有功及无功的新型优化潮流模型与算法。在构建优化潮流(OPF)的数学模型时借助了3种电力系统安全域的概念与方法,它们分别是:满足系统潮流约束(母线电压约束、支路热稳定极限以及发电机出力限制)的“静态安全域”、“静态电压稳定域”以及针对既定的网络结构和既定的网络结构变化过程的保证系统暂态稳定性的“动态安全域”。在此基础上,利用电力系统的有功功率与支路角之间、无功功率与节点电压幅值之间的仿射关系,建立了通过二次规划来求解优化潮流(OPF)的算法。文中最后在新英格兰10机39节点系统中演示了所提出算法的有效性。     

基于XGBOOST-PSO提高受端电网电压暂态稳定的发电机无功优化方法

考虑发电机稳态输出无功对其支撑暂态电压恢复稳定能力的影响,基于机器学习研究优化发电机稳态输出无功提高电压对故障扰动保持暂态稳定能力的预防控制方法。该方法采用加权多二元表暂态稳定裕度指标量化母线暂态电压对不同预想故障扰动的综合稳定裕度,并基于指标排序确定稳定裕度薄弱母线。同时基于发电机无功调节对预想故障下各薄弱母线电压暂态稳定裕度综合作用灵敏度排序,选择作用灵敏发电机。在利用XGBoost建立根据系统稳态特征向量预测薄弱母线暂态电压稳定的分类模型基础上,以系统对预想故障扰动保持暂态电压稳定为约束、以减小发电机稳态无功调节对网损产生影响为目标,基于潮流计算寻优灵敏发电机稳态输出无功,以提高薄弱母线的暂态电压稳定性。最后采用雅湖直流接入江西电网的PSASP计算模型验证了所提方法的有效性。     

具有多性能指标的汽轮发电机非线性综合控制

提出了一种多指标非线性控制设计方法，该方法通过将输出函数选取为多状态量的线性组合来实现非线性系统的多性能指标控制，从而可在统一的非线性控制设计框架下同时对系统中多个状态量的性能指标提出要求，并可在系统的动态性能和静态性能间进行很好的协调。将所提出的多指标非线性控制设计方法应用于汽轮发电机组的励磁、调速综合控制中，成功地解决了汽轮发电机非线性综合控制中的动、静态性能的综合协调问题。将所设计的汽轮发电机多指标非线性综合控制律用于单机无穷大电力系统的同步发电机组中进行仿真实验，结果表明所提出的控制律不仅能明显地提高发电机的动态稳定性，而且能准确地将发电机的端电压Uf和输出电磁功率Pe控制在其给定值上运行，不会因受扰而发生偏移。这表明所提出的控制律能很好地协调系统的动、静态性能。     

Firefly Optimization Algorithm for the Reactive Power Control of an Isolated Wind-Diesel System

This paper investigates the application of firefly optimization algorithm to design an optimal control for voltage stability of a stand-alone hybrid renewable generation unit based on reactive power control. The studied renewable generation unit mainly consists of a permanent magnet induction generator driven by wind turbine and a synchronous generator driven by diesel engine. A STATCOM is used to stabilize the terminal load bus voltage via compensating of reactive power. The main control objective aims to stabilize the terminal load voltage against any disturbances in load reactive power and/or input wind power by adjusting the total system reactive power. This is accomplished by controlling STATCOM phase angle and hence to control the load bus voltage and also by controlling the excitation voltage of the synchronous generator. The proposed renewable energy power system based on the proposed optimal controller has been tested through step change in input wind power and load reactive power. The system performance based on the proposed control is compared with model predictive control, a robust H_∞ control, and a classical PI control.     

Recurrent modified Elman neural network control of PM synchronous generator system using wind turbine emulator of PM synchronous servo motor drive

The recurrent modified Elman neural network (NN) controlled a permanent magnet (PM) synchronous generator system, which is driven by wind turbine emulator of a PM synchronous motor servo drive, is developed to regulate output voltage of rectifier (or AC to DC power converter) and inverter (or DC to AC power converter) in this study. First, the wind turbine emulator of a closed loop PM synchronous motor servo drive is designed to produce the maximum power for the PM synchronous generator system. Then, the rotor speed of the PM synchronous generator, the output DC bus voltage and current of the rectifier are detected simultaneously to yield maximum power output of the rectifier through DC bus power control. Because the PM synchronous generator system is a nonlinear and time varying dynamic system, the online training recurrent modified Elman NN control system is developed to regulate DC bus voltage of the rectifier and AC line voltage of the inverter in order to improve the control performance. Furthermore, the online training recurrent modified Elman NN control system with the variable learning rate is derived based on Lyapunov stability theorem, so that the stability of the system can be guaranteed. Finally, some experimental results are verified to show the effectiveness of the proposed recurrent modified Elman NN controlled PM synchronous generator system.     

同步发电机-电力电子变压器组的最优协调控制

电力电子变压器(PET)是一种通过电力电子变换实现电力系统电压变换和能量传递的新型变压器.文章研究了电力系统中发电机-PET组的协调控制问题,首先建立了由发电机-PET组构成的电力系统数学模型,然后应用最优控制理论,提出了一种发电机-PET组的最优协调控制器.该控制器中的控制量分别为发电机励磁电压、PET一次侧和二次侧的电压源变换器中的脉宽调制的调制度和相角,反馈量则为发电机的功角、角速度、机端电压以及PET的直流环节电压.仿真结果表明,与由常规发变组构成的系统相比,该最优协调控制器有效地提高了扰动条件下的系统阻尼,同时改善了系统的电压特性.     

潮流计算中的PIf节点

本文作者将潮流计算中那些励磁电流越限的发电机节点定义为ＰＩｆ节点，分别建立了在极坐标和直角坐标下ＰＩｆ节点的模型。ＰＩｆ节点可以较真实地模拟发电机在低电压运行条件下的无功出力行为，它可以应用于电力系统安全分析、电力系统规划和电压稳定计算等方面。用包含ＰＩｆ节点功能的潮流程序对浙江电网进行了计算，其结果与传统的方法进行了比较。     

静止同步补偿器增强风电场的低电压穿越能力的应用分析

提出利用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)快速补偿无功功率以增强双馈式风电机组和直驱式风电机组的低电压穿越能力.首先阐述了风电机组的动态模型,然后给出了STATCOM控制模型,最后将STATCOM装置应用到合风电场的电力系统中,比较加装STATCOM前后母线56和母线12的电压以及风电机组输出功率的变化情况.仿真结果表明,STATCOM能有效地帮助风电机组在电网发生故障后恢复机端电压和故障点电压,并防止风电机组输出功率振荡,使风电场在故障发生后能保持连续运行,增强了风电机组的低电压穿越能力.     

无直流电感升压型永磁直驱风力发电系统

针对当前永磁直驱风力发电系统中存在的发电机电流波形差、输出电压低和变换器成本高等问题,提出一种将发电机和变换器一体化设计的新方案。通过引入以永磁发电机电枢电感为升压电感的功率因数校正(PFC)技术,采用平均电流控制法,实现了发电机电流波形与功率因数以及直流母线升压等控制。介绍了新方案的拓扑结构和控制算法,并给出了系统工作的参数条件。搭建了基于dSPACE的快速控制原型实验平台,通过仿真和实验验证了新方案的正确性,为后续的工程化应用奠定了基础。     

一种高性能的非线性励磁控制

考虑到在基于微分几何的非线性控制中，输出函数的选取会直接影响到变换后的线性空间的构成，从而影响到控制器的最终控制效果这一事实，该文提出了通过将输出函数选取为多状态变量组合形式的简便方法来解决非线性控制系统的动、静态性能的综合协调问题，从而有效地提高控制系统的整体综合性能；将此方法用于发电机的非线性励磁控制系统中，成功地找到了一种具有较高控制性能的非线性励磁控制律。仿真结果显示，该控制律既能很好地提高发电机端电压控制精度，又能有效地提高发电机组的运行稳定性，并表明所提出的控制器能有效地协调系统中各状态量的动、静态性能，具有较好的工业运用价值。