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。     

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。     

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。     

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。     

计及广域测量系统时滞影响的灵活交流输电系统阻尼控制器多目标设计

广域测量系统为有效抑制互联电网区间低频振荡提供了技术手段,但其量测信号传输时滞可能导致系统阻尼性能降低甚至失稳。本文针对广域测量环境下灵活交流输电系统(FACTS)阻尼控制器设计问题,建立了一种计及信号传输时滞的FACTS阻尼控制模型,并提出了以最大化阻尼比和时滞稳定裕度为目标的辅助阻尼控制器智能优化设计方法,该方法以多目标粒子群优化算法为基础,采用二维Sigma领导策略实现粒子加速搜索并通过混沌变异操作避免算法早熟,得到了基于模糊集的有序Pareto解集,克服了时滞相关镇定现有控制器综合算法仅能获得次优解的不足。两区四机互联电力系统算例表明利用该方法获得的FACTS阻尼控制器既能有效阻尼区间低频振荡,又能容忍一定的信号传输时滞。     

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。     

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。     

基于模糊自适应PID的广域阻尼控制

广域测量系统提供的发电机转速信号用于附加励磁控制以便改善电力系统阻尼。根据电力系统低频振荡的特点,提出用PD(proportional-derivative)环节补偿广域信号时滞。模糊推理系统根据发电机之间转速差及其导数的大小自适应调节控制器增益;研究了实用的模糊子集和模糊规则表,给出了确定模糊变量取值范围的方法,并用粒子群优化算法确定控制器参数。通过4机2区域电力系统仿真,测试了广域阻尼控制的性能。仿真结果表明,这种广域阻尼控制能有效补偿通信时滞、改善互联电力系统的阻尼。     

采用时滞广域测量信号的区间低频振荡阻尼控制器设计

针对电力系统区间低频振荡问题,基于广域测量系统和柔性交流输电系统技术,提出了一种采用时滞广域测量信号的电力系统阻尼控制器设计方法。该方法结合时滞依赖状态反馈鲁棒控制和状态观测理论,实现了广域电力系统的时滞输出反馈鲁棒控制。以四机两区域电力系统为例,设计了晶闸管可控串联补偿(TCSC)附加阻尼控制器。小信号分析和时域仿真结果都表明:所设计的控制器能显著抑制区间低频振荡,并且具有时滞不敏感性和运行条件鲁棒性。     

计及时延的互联电力系统分散式阻尼控制

针对广域互联电力系统的低频振荡问题,计及信号在广域控制回路中的时延,设计了一种分散式阻尼控制器。首先定性分析了广域控制回路中的信号时延特点,然后在计及时延的互联电力系统线性化模型基础上,使用时延依赖稳定性充分条件进行控制器的求解,最后进行了两区四机系统分散式阻尼控制器设计。在固定时延与随机时延情况下系统仿真结果表明所设计分散控制器能够有效提高系统阻尼,抑制系统低频振荡,提高互联电力系统的动态稳定性能。     

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。     

基于广域测量的滑模TCSC控制器设计

广域测量系统为电力系统实现网络化控制提供了新的解决方案。文章对基于广域测量信号的可控串补(thyristor controlled series compensator，TCSC)系统进行了分析，建立了基于广域测量的TCSC系统模型。通过引入附加状态变量，将含有时滞的时滞系统转换为不含时滞的离散控制系统，并采用离散滑模控制的方法设计了状态反馈控制器，对克服控制器中的抖振问题提出了有效的解决方法。为验证所提出方法的有效性，对单机无穷大系统进行了仿真计算，表明该方法可以有效保持系统的稳定性。     

多机系统发电机时滞反馈励磁与STATCOM的非线性鲁棒协调控制

广域反馈信号的时滞性使得包含广域信号的电力系统变成时滞动力系统。利用Pade近似逼近时滞环节,将时滞影响隐含在系统动态方程的系数中,静止同步补偿器(STATCOM)的动态特性用一阶微分方程形式的可控无功电流源表示,推导了含多台STATCOM的多机系统的电磁功率表达式。基于伪广义Hamilton系统理论,将包含STATCOM和时滞反馈励磁的多机系统表示成伪广义耗散Hamilton系统形式。利用L2干扰抑制控制方法得到考虑广域信号时滞性及转移电导的发电机励磁和STATCOM的协调控制策略。4机2区域系统的仿真结果表明,与传统的分散控制器相比,所提考虑时滞影响的非线性鲁棒协调控制器能够有效地抑制系统振荡,且具有一定的时滞不敏感性。     

基于Pade近似的广域电力系统关键模态时滞轨迹分析

采用广域阻尼控制可有效地提高大型互联系统的动态性能,但广域信号传输带来的时滞对广域电力系统关键模态产生显著影响,从而改变闭环系统稳定性,因此关键模态时滞变化轨迹分析对于广域阻尼控制设计具有重要理论意义。首先采用Pade近似方法将时滞环节转化为状态空间表达式,从而建立考虑时滞环节的电力系统线性化模型;之后建立时滞对电力系统机电模态的影响关系模型;采用Arnoldi特征值计算方法研究时滞对区间振荡模态、局部振荡模态和时滞相关模态的影响规律。以四机两区域系统和New England系统为测试系统,仿真结果表明该方法能够较准确地求解上述模态随时滞变化趋势,从而验证了该方法的有效性。     

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。     

基于主模比的FACTS阻尼控制器广域信号选取方法

FACTS阻尼控制器的广域信号选取是影响控制器效果的重要因素,提出了一种基于主模比指标的选取方法。对单输入输出系统建立辨识模型,提出主模比指标;利用Prony辨识手段,计算复杂多机系统各个反馈信号的主模比;通过一个标准3机系统验证主模比指标确定广域反馈信号的可行性;以川渝电网为实际案例,比较了广域阻尼与本地信号的静止无功补偿器控制效果的差异。仿真结果表明,该方法能有效改善系统动态稳定性。     

基于广域测量信息的互联电网模型预测阻尼控制

提出一种基于模型预测控制的新型阻尼控制器设计方法。为抑制区间低频振荡,该控制器由2级PSS构成,其输入信号由广域测量信号和本地测量信号组成。采用留数矩阵法选择广域控制回路,通过模式辨识进行2级PSS控制。将常规励磁系统中传统的自动电压调节器(automatic voltage regulator,AVR)用模型预测控制器(model predictive controller,MPC)替代,并与2级PSS协调作用,通过模型预测和优化求解,得到励磁控制器的最优控制输入,以实现电压调节和增强阻尼之间的动态协调。典型的四机两区系统仿真结果表明,基于模型预测控制的2级PSS设计的控制效果明显优于传统的阻尼控制,可以快速调节机端电压,显著改善互联电网阻尼。     

计及时滞影响的水轮发电机调节系统的广域H∞控制

研究了水轮发电机调节系统的广域H∞控制,探讨利用线性矩阵不等式（linear matrix inequality,LMI）进行H∞控制器设计的方法及步骤。除计及时滞影响外,还考虑了外部扰动和建模误差等不确定因素。以联接到远方系统的水轮发电机为例,进行了存在广域测量系统（wide area measurement system,WAMS）时滞影响的水轮发电机调节系统的H∞控制器设计。仿真及分析表明,所设计的控制器在一定范围内具有对时滞的不敏感性,可以抑制外部干扰,保持电力系统的动态稳定。