基于静态H∞回路成形法的多通道低阶鲁棒阻尼控制器设计

针对鲁棒控制方法设计高压直流附加阻尼控制器时普遍存在的控制器阶数过高的问题,提出一种静态H∞回路成形设计方法同时抑制次同步和低频振荡,所设计的控制器具有和权函数相同的阶数。采用总体最小二乘旋转不变技术分析了交直流互联系统中次同步和低频振荡共存的现象,并辨识出相关振荡频率和系统降阶模型。利用巴特沃兹滤波器将不同的振荡模态分解到不同的通道,根据静态H∞回路成形法对每个振荡模态设计附加阻尼控制器,降低了控制器间相互影响。在PSCAD/EMTDC中对向上直流孤岛运行下的模型进行仿真验证。仿真结果表明,基于静态H∞回路成形法设计的控制器对系统振荡具有较好的控制效果和较强的鲁棒性。同时所设计的控制器阶数较低,采用输出反馈,便于工程实践。     

由直流输电引起的次同步振荡的阻尼特性分析

直流输电系统在次同步频率范围内的数学模型较难获得，这使得采用解析方法计算系统阻尼变得十分困难。文中采用时域仿真实现的复转矩系数一测试信号法，对直流输电系统的次同步振荡问题进行研究，通过频率扫描计算出了发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线，并同时考察了机组耦合程度、直流功率水平、触发角以及控制器参数等因素对电气阻尼的影响。还分析了直流输电换流器逆变运行时对附近发电机组次同步振荡阻尼的影响。表明由直流输电引起的次同步振荡问题只需要考虑整流站附近的发电机组，而不必考虑逆变站附近的发电机组。     

基于静态H_∞回路成形法的多通道低阶鲁棒阻尼控制器设计

针对鲁棒控制方法设计高压直流附加阻尼控制器时普遍存在的控制器阶数过高的问题,提出一种静态H_∞回路成形设计方法同时抑制次同步和低频振荡,所设计的控制器具有和权函数相同的阶数。采用总体最小二乘旋转不变技术分析了交直流互联系统中次同步和低频振荡共存的现象,并辨识出相关振荡频率和系统降阶模型。利用巴特沃兹滤波器将不同的振荡模态分解到不同的通道,根据静态H_∞回路成形法对每个振荡模态设计附加阻尼控制器,降低了控制器间相互影响。在PSCAD/EMTDC中对向上直流孤岛运行下的模型进行仿真验证。仿真结果表明,基于静态H_∞回路成形法设计的控制器对系统振荡具有较好的控制效果和较强的鲁棒性。同时所设计的控制器阶数较低,采用输出反馈,便于工程实践。     

HVDC控制系统对汽轮发电机组次同步振荡的影响

运用复转矩系数法与特征根法,对位于高压直流输电系统(HvDC)整流侧的汽轮发电机组的次同步振荡(SSO)特性进行了研究.对整流站控制与逆变站控制对汽轮发电机组的电气阻尼特性的影响进行了详细分析.研究表明,不同的控制方式与运行条件对次同步振荡特性的影响有显著差别.     

基于输出反馈控制理论的HVDC附加次同步阻尼控制器

通过在直流输电系统的整流站装设附加次同步阻尼控制器可以削弱交直流并联输电系统中发生的次同步振荡。利用输出反馈线性最优控制理论设计附加次同步阻尼控制器,选取与控制器密切相关的反馈信号Δω5、ΔαR,求解有约束条件的Levine-Athans方程,得出附加控制器的输出反馈增量。特征值分析和时域仿真结果表明:所设计的附加次同步阻尼控制器在很宽的串联补偿条件下能有效地抑制交直流并联输电系统中发生的次同步振荡。     

改变直流电流控制器特性抑制次同步振荡的机理及实现

当高压直流(HVDC)整流站主要输送配套火电基地电力时,利用高压直流附加控制抑制次同步振荡(SSO)是一种经济有效的措施。基于单机和高压直流的简化模型,分析了整流站直流电流控制器(CCA)电流偏差增益对发电机次同步电气阻尼的影响,提出动态改变控制器增益抑制次同步振荡的控制策略及其工程实现方法。该方法通过优化直流电流控制器动态响应特性,改善了直流控制器在次同步频率范围内的阻尼。算例证明该算法可以快速抑制发电机次同步振荡,同时对直流系统原有的动态性能和暂态响应没有影响。与目前工程中应用的附加阻尼控制器相比,该方法实现简便,抑制效果好。     

基于实用稳定域的次同步振荡阻尼控制器设计

随着高压直流输电、柔性交流输电装置的广泛应用电力系统运行方式灵活多变,对次同步振荡有着显著的影响,传统的采用“逐点法”设计的阻尼控制器可能存在鲁棒性不足的问题。为提高控制器的鲁棒性,提出一种基于实用随着高压直流输电、柔性交流输电装置的广泛应用电力系统运行方式灵活多变,对次同步振荡有着显著的影响,传统的采用“逐点法”设计的阻尼控制器可能存在鲁棒性不足的问题。为提高控制器的鲁棒性,提出一种基于实用次同步振荡稳定域的阻尼控制器优化设计方法。采用临界阻尼定义一种新的稳定边界,构成实用次同步振荡稳定域,并直接以该稳定域为目标进行阻尼控制器参数优化。分析一个含可控串联补偿(thyristor controlled series capacitor,TCSC)系统的多个运行参数对次同步振荡的影响,发现TCSC导通角是影响次同步振荡模式阻尼的主导因素。采用遗传算法,以TCSC导通角构成的实用次同步振荡稳定域为目标,设计附加励磁阻尼控制器(supplementary excitation damping controller,SEDC)的参数。结果表明,所设计的SEDC能大大扩展TCSC的安全工作范围。     

应用于高压直流换流站近区机组的次同步振荡阻尼控制器研究

在交直流混联系统中,高压直流输电系统可能引发送端交流系统发生次同步振荡现象,造成换流站近区机组的轴系扭振,使得发电机组大轴及周围设备损坏,同时对升压变压器一次侧造成冲击。针对该问题,文中首先分析了高压直流换流站近区机组次同步振荡的产生机理,然后提出了一种基于附加次同步振荡阻尼控制器的抑制方法。最后在PSCAD电磁暂态仿真环境下计算表明,附加次同步振荡阻尼控制器能够快速响应次同步振荡扰动,抑制次同步振荡幅值,平抑次同步振荡引起的过电压和过电流,避免其对机组轴系和升压变压器一次侧的冲击。     

基于线性变参数方法的VSC-HVDC变增益附加阻尼控制器设计

电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的直流附加阻尼控制器能够提高交/直流并联输电系统的稳定性,增大系统区域间的阻尼,但VSC-HVDC的非线性特性,使附加阻尼控制器的性能受到影响。为解决这个问题,文中通过选取并联交流线路的有功功率作为变参数向量,应用线性变参数(linear parameter varying,LPV)方法,设计了VSC-HVDC的变增益附加阻尼控制器。仿真系统的特征值分析和时域仿真结果均表明：在系统运行方式大范围变化的情况下,文中所设计的LPV附加阻尼控制器能有效抑制交流系统区域间的低频振荡。     

基于射影定理分层控制的次同步阻尼控制器设计

火电机组经高压直流输电有可能引起轴系振荡,严重影响电力系统的稳定性,故为高压直流输电系统设计次同步阻尼控制器尤为重要。从系统状态方程的角度出发,基于系统状态方程,通过滤波器提取轴系各固有扭振模态,进而提出基于TLS-ESPRIT和射影定理设计直流附加次同步阻尼控制器,最终实现各个模态的分层控制。射影控制可保留系统的主导特征根,能够在保留系统实际信息的同时降低控制器的阶数。以某电网直流系统作为实例仿真模型,仿真结果表明,基于TLS-ESPRIT和射影定理分层控制的阻尼控制器可有效增大系统阻尼,实现次同步振荡的快速抑制,且控制器阶数较低,便于工程实现。     

基于Prony辨识的VSC-HVDC附加次同步阻尼控制器研究

基于电压源换流器的高压直流输电技术(VSC-HVDC)能够实现有功、无功解耦,具有控制响应迅速等特点。利用其附加次同步阻尼控制(SSDC)可以抑制交流系统中出现的次同步振荡(SSO)现象。本文通过Prony辨识得到含VSC-HVDC的交直流混合系统等值降阶模型,进而利用极点配置法设计VSC-HVDC附加次同步阻尼控制器。最后在PSCAD/EMTDC中建立了并联VSC-HVDC的次同步振荡系统模型进行时域仿真,验证了所设计附加次同步阻尼控制器的有效性。     

基于混沌优化算法的高压直流次同步阻尼控制器的设计

高压直流输电系统在一定条件下可能引发系统的次同步振荡。基于混沌优化算法可用于控制器参数寻优,且可避免陷入局部最优的特点,提出利用此算法设计附加次同步阻尼控制器。通过此算法,以阻尼比为目标函数,寻找出系统在不同运行方式下的控制器最优参数,从而达到抑制次同步振荡的作用。以南方电网贵广II号直流输电工程作为实例模型,分别利用PSCAD/EMTDC仿真程序和矩阵束算法验证此阻尼控制器的有效性。     

高压直流输电系统的H2/H∞附加控制器设计

基于直接反馈线性化和H2／H∞控制理论,研究交直流联合输电系统中高压直流输电（HVDC）系统的附加控制器设计,时含有交直流联络线路的两区域系统建立了鲁棒控制模型,采用线性矩阵不等式（LMI）方法,利用MATLAB软件的LMI工具箱得出H2／H∞控制律。仿真表明这种控制方法兼有鲁棒性能和最优性能,提高了交流输电系统的稳定性。     

贵广二回直流输电系统次同步振荡问题分析

针对贵广二回直流输电系统可能引起整流站附近汽轮发电机组次同步振荡的问题,采用机组作用系数法和时域仿真方法进行了分析。时域仿真采用NETOMAC程序,建立了适用于次同步振荡问题仿真的详细模型。通过对不同运行方式的分析,得出了在整流站与外部交流系统弱联系以及孤岛方式下会发生次同步振荡不稳定问题的结果,提出了必须设计直流输电附加的次同步振荡阻尼控制器的结论。     

HVDC的非线性H∞控制

基于直接反馈线性化和H∞控制理论研究了交直流联合输电系统中高压直流(HVDC)系统的附加控制器的设计,对含有交直流联络线路的两区域系统建立了非线性鲁棒控制模型.利用H∞控制理论和Matlab软件得出控制律.分析表明这种控制方法提高了交直流输电系统的稳定性及控制系统的鲁棒性.     

基于广域信号的多目标鲁棒HVDC附加控制器设计

为了利用HVDC抑制并联交流系统的低频振荡,设计了广域多目标鲁棒控制器。选择电力系统广域同步信号作为反馈控制的输入,考虑到电力系统的强非线性和各种扰动,采用H∞鲁棒控制设计方法抑制不确定因素对控制效果的不良作用,并用极点配置方法保证控制器对区域间振荡模式提供足够的阻尼。对于这样一个多目标鲁棒控制问题采用线性矩阵不等式方法进行求解,针对一个四机两区域交直流并联系统设计了直流附加控制器,特征值分析和非线性时域仿真结果均证明设计方法的良好效果。     

风火打捆经直流送出的次同步振荡分析与抑制措施

传统火电机组与直流输电控制器相互作用会产生次同步振荡,大规模双馈风电机组接入对这种振荡产生的影响有待深入研究。本文建立了风火打捆经直流送出的典型模型,并对风火打捆经直流送出系统次同步振荡机理进行了分析,结果表明双馈风机接入能够缓解直流输电引起的火电机组次同步振荡,且风火打捆比例越高效果越好。分析了风机变频器特性与系统运行工况对火电机组次同步振荡的影响,结果表明,风机转子侧变频器内环增益系数增大、内环积分时间常数减小、直流输送功率上升、送端交流系统减弱、直流输电整流侧控制器积分时间常数减小、换流器触发角增大,会引起火电机组振荡加剧。对工程应用较多的直流附加宽带通式次同步阻尼控制器(SSDC)在风火打捆经直流送出系统中的适用性进行分析与验证,结果表明,宽带通式SSDC仍具有抑制效果。     

H_∞控制理论在次同步阻尼控制器设计中的应用

电力系统次同步振荡阻尼控制器设计中,系统等值简化的准确度和控制器的鲁棒性对控制器的效果影响很大。通过对输出信号动态时域数据Prony辨识求得2008年南方电网贵广Ⅱ直流系统的等值降阶线性模型,利用基于时域仿真的复数力矩系数分析出该系统在弱连接和孤岛两种运行方式下易发生次同步振荡的模式,并针对监测出的振荡模式,采用H∞最优控制理论设计出抑制次同步振荡的附加直流阻尼控制器,最后电磁暂态时域仿真结果验证了该控制器抑制次同步振荡模式的效果明显,并具有一定的鲁棒性。     

宁夏多直流外送系统SSO特性分析及次同步阻尼控制器设计

针对宁夏电网近电气距离耦合的火电机群与多直流输电的简化等值送端系统,利用基于复频域端口等效导纳矩阵的复转矩系数法对其进行次同步振荡(SSO)特性分析。研究表明,降低宁夏电网直流输电外送功率,加强宁夏电网送端交流系统,增强直流换流站之间电气耦合强度等均有利于改善系统SSO阻尼特性。其次,针对存在SSO风险的灵武二期电厂机组,开展直流输电附加次同步阻尼控制器设计,并通过仿真证明了其有效性。该文研究成果可为宁夏电力外送系统的运行、规划及SSO抑制提供技术支撑和参考。     

基于误差最小化射影控制的降阶高压直流鲁棒控制器

鲁棒控制方法可用于高压直流附加阻尼控制器的设计,用以抑制交直流系统低频振荡,但目前普遍存在控制器阶数过高的问题,对实用性影响较大。为此提出对H2/H∞鲁棒控制器进行降阶的动态射影控制方法,并对降阶过程中产生的误差进行优化。首先利用总体最小二乘-旋转不变子空间(total least squares-estimation of signal parameters via rotational invariance techniques,TLS-ESPRIT)方法对系统进行低频振荡特性辨识,在此基础上利用主模比指标选择合适的反馈信号;然后利用H2/H∞鲁棒控制理论设计状态反馈鲁棒控制器;最后应用动态射影控制进行降阶,同时利用共轭梯度法对由FH范数评价的误差系统进行优化,得到最优低阶输出反馈控制器。仿真结果表明基于误差最小化射影控制的降阶高压直流鲁棒控制器在不同扰动与故障下都能有效抑制系统的低频振荡,鲁棒性和控制性能强,同时控制器阶数低,适合于实际工程推广应用。