基于多类型换流设备的受端电网耦合鲁棒阻尼控制策略

针对混合级联直流馈入与柔性输电设备密集接入的受端电网,为增强其特定振荡模式的阻尼,利用不同换流设备控制回路间的相互作用,提出了一种基于多输入多输出系统模型的耦合鲁棒阻尼控制器设计方法。根据主模比指标选取振荡抑制效果最佳的反馈信号作为控制器输入信号;利用总体最小二乘-旋转不变技术识别系统的振荡模式并辨识系统降阶模型;采用混合H₂/H_∞方法设计耦合鲁棒控制阻尼器。控制器采用平衡截断法进行降阶,兼具鲁棒性能与实际工程应用。混合级联直流与受端江苏电网互联系统的时域仿真结果表明,相比于传统超前-滞后控制器,耦合鲁棒阻尼控制器在多种扰动和故障下均能有效抑制低频振荡,使系统快速恢复稳定运行。     

基于H∞回路成形法的VSC-HVDC附加鲁棒阻尼控制器设计

针对包含柔性直流(VSC-HVDC)的交直流输电系统中存在的低频振荡问题,提出一种基于H∞回路成形法的方法设计附加鲁棒阻尼控制器。首先采用最小二乘-旋转不变方法(TLS-ESPRIT)辨识出系统的降阶模型和振荡模态,然后针对该模型应用H∞回路成形法及规范互质分解技术进行了鲁棒阻尼控制器设计。最后在PSCAD/EMTDC中搭建包含柔性直流的交直流四机两区域输电系统。仿真结果表明,基于H∞回路成形法的VSC-HVDC鲁棒阻尼控制器在不同扰动下对系统低频振荡具有良好的抑制效果,鲁棒性较强,且控制器采用输出反馈,便于工程实践。     

基于H_∞回路成形法的VSC-HVDC附加鲁棒阻尼控制器设计

针对包含柔性直流(VSC-HVDC)的交直流输电系统中存在的低频振荡问题,提出一种基于H_∞回路成形法的方法设计附加鲁棒阻尼控制器。首先采用最小二乘-旋转不变方法(TLS-ESPRIT)辨识出系统的降阶模型和振荡模态,然后针对该模型应用H∞回路成形法及规范互质分解技术进行了鲁棒阻尼控制器设计。最后在PSCAD/EMTDC中搭建包含柔性直流的交直流四机两区域输电系统。仿真结果表明,基于H_∞回路成形法的VSC-HVDC鲁棒阻尼控制器在不同扰动下对系统低频振荡具有良好的抑制效果,鲁棒性较强,且控制器采用输出反馈,便于工程实践。     

基于等效开环过程的VSC-HVDC阻尼控制器协调控制鲁棒稳定性研究

针对包含柔性直流(voltage source converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流互联系统区间低频振荡现象,通过多变量系统等效开环过程(effective open-loop process,EOP)理论,将多变量系统回路方程转换为单变量系统回路方程,建立起各回路独立的数学模型。由于包含VSC-HVDC的系统是多输入多输出复杂非线性系统,其中各回路阻尼控制器之间可能存在不协调的问题,基于小增益定理,在实现系统等效开环过程控制的基础上,提出判断各附加阻尼控制器间协调控制鲁棒稳定性指标;设计能抑制低频振荡且能协作运行的发电机电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)附加阻尼控制器和VSC-HVDC附加阻尼控制器。最后在PSCAD/EM TDC中搭建包含VSCHVDC的交直流四机两区域系统,仿真验证所提指标的有效性和所设计控制器的实用性。     

基于同伦变换的VSC-HVDC分散协调鲁棒阻尼控制器设计

针对含柔性直流的区域互联电力系统低频振荡,提出一种基于同伦变换的有功、无功分散协调控制方法。首先,通过数字子空间状态空间系统辨识算法辨识出系统多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)状态空间模型,并对系统进行振荡模态分析。其次,基于线性矩阵不等式鲁棒控制理论,设计出集中MIMO附加鲁棒控制器。最后,应用同伦变换将集中MIMO鲁棒控制器转化为分块对角化的结构,从而得到多个低阶单输入单输出鲁棒控制器。仿真验证表明,该文所设计的有功、无功相协调的分散鲁棒控制器能有效抑制低频振荡,控制器阶数低,无耦合,鲁棒稳定性强,在严重故障情况下能充分利用基于电压源换流器的直流输电的有功和无功调制能力,并且在信号丢失时能保持较好的阻尼性能。     

基于改进射影控制的柔性直流输电广域阻尼控制

针对包含柔性直流输电的交直流互联系统之间存在低频振荡,且一般的直流附加阻尼控制器阶数较高,影响了控制的实用性和有效性,文中提出将基于射影定理的降阶控制器设计方法应用于VSC-HVDC输电系统的阻尼控制器设计当中。首先通过TLS-ESPRIT算法辨识出系统的振荡特性和传递函数;再根据极点配置方法和Ackermann公式得到系统的状态反馈增益矩阵;最后通过改进射影控制定理,保留参考全状态闭环系统的主导特征值,输出低阶射影控制器。在PSCAD/EMTDC中的一个包含柔性直流输电的四机两区域模型中,对不同励磁增益参数下无附加控制器和有时滞射影控制器下的系统进行仿真分析。结果表明,所设计的射影控制器具有较好的阻尼特性和鲁棒性。     

基于混合H2/H∞控制理论的交直流并联系统机网阻尼协调控制

针对交直流并联运行系统阻尼不足、存在区域间低频振荡的问题,文中提出一种基于混合H_2/H_∞控制理论的交直流并联系统的机网阻尼协调控制策略。首先采用最小二乘-旋转不变算法辨识出系统振荡模式和开环降阶模型,结合混合H_2/H_∞控制理论,在高压直流输电和发电机中设计了附加鲁棒阻尼控制器,该控制器采用线性矩阵不等式的求解方法和输出反馈构造,求解容易,控制器构造简单,具有较强的鲁棒性。最后在PSCAD/EMTDC中搭建四机两区域测试系统,并与传统附加阻尼控制器对比,仿真结果验证了机网阻尼协调控制的有效性、鲁棒性。     

基于LMI的永磁同步电机鲁棒H∞自补偿滑模控制

针对传统矢量控制方案由滑模增益选择保守造成抗负载扰动与参数摄动等不确定因素的鲁棒性差的问题,设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒H_∞滑模速度控制器和电流控制器。在速度控制器设计中,将求解H_∞状态反馈控制器增益问题转化为求解具有约束条件的LMI问题,从而求出H_∞状态反馈控制器增益,构成滑模面。在此基础上,设计出基于范数有界的滑模控制律,使系统状态可以实现有限时间内到达所需滑模面。在电流控制器设计中,同理设计出滑模面与滑模控制律,对于滑模控制律中的复合项采用自适应方式进行估计,消除了滑模开关增益选择的保守性。仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。     

HVDC孤岛运行附加频率鲁棒控制器设计

为提高HVDC孤岛运行时送端系统频率稳定性,提出了一种直流附加频率鲁棒控制器,利用直流功率的快速可控性来稳定系统频率。采用高精度TLS-ESPRIT算法辨识得出系统低阶线性化模型,再采用基于线性矩阵不等式的鲁棒设计方法在兼顾最优性能和鲁棒性能的同时设计了附加频率鲁棒控制器。该附加频率鲁棒控制器控制结构简单、阶数较低,易于实现。在PSCAD/EMTDC中的仿真实验表明,所设计的附加频率鲁棒控制器能显著提高送端系统频率稳定性。并且相比于传统PI控制器,其控制效果更好,对不同运行方式下的不同类型故障都有较强的鲁棒性,即使在联网运行方式下也可继续有效地运行,研究结果可供孤岛运行方式下的实际电力系统应用参考。     

基于多工况综合留数及H2／H∞的多回直流系统阻尼控制鲁棒设计方法

直流附加阻尼控制是提高电力系统区域间低频振荡阻尼的有效措施,但阻尼控制器的安装地点和调制信号的选取是影响阻尼控制器性能的重要因素。综合考虑了控制器安装地点和调制信号组合方案对主导模式的可观可控性、对其他模式的耦合作用和对多种运行工况的鲁棒性3个因素,提出了多工况综合留数指标来确定最优方案,所设计控制器的H2/H∞综合性能验证了多工况综合留数指标的有效性。最后,对一个大规模交直流混联系统在多种运行工况、多种故障情况下进行了仿真,仿真结果验证了基于多工况综合留数和H2/H∞的多回直流系统阻尼控制鲁棒设计方法能有效提高系统区间振荡模式的阻尼。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统的阻尼特性与阻尼控制

利用复数力矩分析方法近似推导了基于电压源换流器高压直流输电(voltage source converter HVDC,VSC-HVDC)系统的电磁力矩,定性分析了VSC-HVDC的快速功率控制可能会导致系统出现电气阻尼变弱或负阻尼现象。在建立包括VSC-HVDC及控制器在内的AC/DC混合系统的动态数学模型的基础上,应用最优控制理论设计了最优阻尼控制器,交直流并联系统数值仿真结果表明该附加阻尼控制方法的有效性。     

基于PCH模型的VSC—HVDC自适应无源控制

基于柔性直流输电（VSC—HVDC）的端口受控哈密顿系统（PCH）模型,提出了一种采用自适应无源性控制的新方法。该方法将VSC—HVDC系统换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并根据Vsc—HVDC的4种不同控制方式,确定相应的dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过互联与阻尼配置的方法设计无源控制器,实现独立调节有功、无功功率。同时,为提高系统的鲁棒性,减小参数摄动对控制效果的影响．提出了自适应无源控制方法。仿真结果表明该控制策略具有良好的暂态性能和鲁棒性。     

基于电压源换流器的高压直流输电小信号动态建模及其阻尼控制器设计

基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC)，具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力，能够改善系统的稳定性。文中建立了VSC-HVDC的小信号动态模型，该模型包括VSC与交流系统接口的线性化方程、VSC-HVDC内部直流系统动态过程的线性化方程以及控制系统线性化方程3个部分，具有一般性。以VSC的有功功率整定值为输入，VSC-HVDC并联交流输电线路的有功功率为输出，通过对系统频率响应的辨识，得到了两者间的开环传递函数。在此基础上，利用极点配置技术，设计了单输入单输出结构的VSC-HVDC附加阻尼控制器。对一VSC-HVDC/AC交直流并联输电系统特征根的分析及非线性仿真表明，配备该阻尼控制器的VSC- HVDC能有效地抑制系统低频振荡，增加系统阻尼。     

引入故障恢复信号的VSC-HVDC附加阻尼控制研究

基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力。VSCHVDC附加阻尼控制能有效地抑制交流系统的低频振荡。讨论了附加阻尼控制器的限幅环节对控制效果的影响,然后提出了引入故障恢复信号的附加阻尼控制。故障恢复信号为指数规律衰减信号,将其与附加阻尼控制器输出信号叠加,作为直流功率调制的参考信号,以减小直流功率调制前期的直流功率幅值。并在直流电压波动的允许范围内,使直流功率调制过程趋于理想的自由衰减振荡,比无故障恢复信号的附加阻尼控制衰减更快,从而显著减小限幅环节的影响。还给出了直流电压波动随直流功率波动变化的关系曲线。仿真结果验证了所提附加阻尼控制方法的有效性。     

基于VSC-HVDC的统一附加阻尼最优控制方法

相比于传统发电机的电力系统稳定器（PSS）,柔性直流输电（VSC-HVDC）系统可以有效控制区域间的低频振荡。考虑到VSC-HVDC系统有功无功均能对交流系统进行独立控制,提出了基于有功无功双环控制的统一低频振荡控制器,并基于VSC的有功功率和无功功率控制分别设计附加控制回路来增加控制器的控制效果。首先采用最小二乘旋转不变（TLS-ESPRIT）辨识方法获得系统小信号模型和振荡特性,然后基于辨识出的模型,利用基于最优控制理论对控制器进行设计,并将最终所设计控制器分别附加于有功控制回路与无功控制回路。PSCAD的仿真结果表明,相比于常规的有功附加控制器,所提统一控制方法能达到更好的控制效果,并能保证鲁棒性。     

基于PCHD模型的VSC-HVDC系统无源控制研究

基于端口受控耗散哈密顿系统（PCHD）模型,提出了一种针对基于电压源换流器的轻型高压直流（VSC—HVDC）输电系统的无源控制新方法。该方法就是将轻型高压直流输电的换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并根据VSC—HVDC的4种不同控制方式,确定相应的dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过互联与阻尼配置的方法设计无源控制器,追踪参考电流,实现独立调节瞬时有功、无功功率。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能和鲁棒性。     

VSC-HVDC风电并网的自抗扰无源控制策略

针对风电并网的轻型高压直流(VSC-HVDC)输电系统的变流器具有非线性强耦合的特点,单一的控制策略难以满足并网的需求。首先将VSC-HVDC的换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,采用端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型,设计了一种基于互联与阻尼配置的无源控制器来追踪参考电流,同时,为增强系统的鲁棒性,采用自抗扰控制来确定相应的外环电流参考值,最终实现风电的可靠并网。仿真结果表明了自抗扰无源控制为基于VSC-HVDC的风电并网控制提供了一种新的解决方案。     

基于自适应SFLA算法的LQR附加阻尼控制器设计

针对含有电压源型换流器高压直流(VSC-HVDC)的交直流系统愈发凸显的低频振荡问题,提出了一种基于改进自适应混合蛙跳(SFLA)算法优化的线性二次型最优方法来设计附加阻尼控制器,以此来抑制振荡。该方法采用最小二乘-旋转不变技术(TLS-ESPRIT),辨识出系统的对应振荡模态和降阶模型。针对该模型运用线性二次最优控制法并引入状态观测器,求出带观测器的控制器表达式。采用改进自适应SFLA算法对权矩阵进行优化,设计线性二次型最优控制器使其控制效果最优。在PSCAD验证。仿真结果显示,这种控制器相比于传统线性二次最优控制器具有更好的鲁棒性和控制效果,控制器也较易设计。     

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。