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。     

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。     

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。     

考虑时变时滞影响的直流广域阻尼自适应控制

针对交直流系统区间低频振荡问题,尤其是广域测量系统引入的时滞影响问题,利用递归最小二乘法在线辨识区间振荡主导模态,在直流附加控制抑制低频振荡机理的基础上,通过在线计算利用交流联络线功率信号进行阻尼控制的滞后相位与时变时滞造成低频振荡模态信号的滞后相位,将时域信号转化为二维旋转坐标体系中的向量信号,经过参考坐标体系的角度旋转,分别进行阻尼与时滞滞后相角的自适应补偿,结合增益放大,通过时域反变换后可得到最终补偿后的直流附加控制量。8机36节点系统仿真表明,所提设计方法能够消除时变时滞的影响,有效阻尼系统低频振荡,并且具有鲁棒性,适合在线应用。     

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。     

基于多目标优化的时滞广域阻尼控制器设计

提出一种考虑区间模式和本地模式协调的时滞广域阻尼控制器设计新方法。首先,根据能控能观指标找出最佳反馈信号和输出控制量。然后,计算超前滞后补偿的时间常数,并构建区间和本地模式协调优化的多目标函数,应用"教与学"优化算法确定最优增益序列。最后,应用均衡降阶算法对系统进行降阶,基于线性矩阵不等式(LMI)理论分析最优增益序列,选出对时滞鲁棒性最好的值。新英格兰测试系统的仿真结果表明,提出的基于多目标优化的时滞广域阻尼控制器设计方法,在很好地抑制了区间振荡模式的同时,保证本地振荡模式不被恶化,并且对时滞具有很好的鲁棒性。     

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。     

考虑时滞影响的电力系统广域集中励磁控制

针对电力系统区间低频振荡问题,构建了广域集中励磁控制(wide-area centralized excitation control,WCEC)框架。在充分考虑时滞影响的前提下,根据时滞输出反馈鲁棒控制理论设计了WCEC。广域测量系统实时测量反映区间低频振荡的状态变量,并将其传送至WCEC进行计算分析,WCEC把全局控制信号传送给相关机组的励磁系统,以此阻尼电力系统区间低频振荡。4机2区域电力系统的频域分析和时域仿真表明,WCEC在较宽的时滞区间内提高了系统的阻尼值,能够快速有效地抑制区间低频振荡,并且具有对运行状况的鲁棒性和对时滞类型的不敏感性。     

广域阻尼控制延迟特性分析及其多项式拟合补偿

基于广域测量系统(WAMS)的互联电网区间阻尼控制能够有效抑制区间低频振荡,提高互联系统的传输容量.采用远方反馈信号的广域阻尼控制系统需要解决的工程问题之一是研究数据传输过程中引入的延迟对控制性能的影响及其补偿方法.文中根据我国部分WAMS工程的通信延迟实测数据分析了WAMS延迟的特点,并针对广域阻尼控制设计了基于多项式拟合的预测方法补偿滞后的远方反馈信号.以一个典型的2区域4机系统为例研究了不同延迟条件对阻尼控制的影响和补偿效果.仿真表明:所提出的延迟补偿方法能够在一定延迟范围内有效地维持采用远方反馈信号的广域阻尼控制效果,为其工程应用奠定了基础.     

考虑时滞影响的电力系统稳定分析和广域控制研究进展

计算机技术、网络技术和通信技术的快速发展及其在电力系统中的广泛应用,使得电力系统的监测、分析和控制方式向着广域化、网络化和智能化方向发展。在此发展过程中,一个不容忽视的问题就是信号传输和处理过程中时滞的影响。文中首先对广域测量系统的时滞特性进行了分析,接着对国内外考虑时滞影响的电力系统建模、稳定分析和广域控制3个方面的最新研究成果进行了综述,指出常规电力系统稳定分析方法与考虑时滞的状态估计方法相结合具有工程实践价值,并认为在电力系统时滞特性的定量分析、信息和电力网络综合建模、考虑时滞的状态估计以及基于时滞电力系统动力模型的稳定控制方面仍需进一步深入研究。最后展望了时滞电力系统稳定分析和广域控制可能的研究方向。     

计及广域测量系统时滞影响的TCSC控制器设计

在广域电力系统的环境下，基于相量测量单元技术的广域测量系统将引入不可忽略的时滞，这将对基于广域测量系统测量信号的广域控制器带来影响，从而对电力系统的动态特性产生重大的影响。分析了广域测量系统的通信延迟时间对可控串联电容补偿器(TCSC)非线性控制器稳定特性的影响，基于线性矩阵不等式理论设计了TCSC控制器以提高电力系统对时滞的不敏感性，线性和非线性时域仿真结果验证了所设计的TCSC控制器的有效性。     

不健全广域信息下时滞非线性鲁棒综合控制器设计

同步相量测量单元(PMU)在电力系统中的广泛应用为基于广域测量系统(WAMS)的广域控制提供了实现条件。由于远方反馈信息的不健全和时滞影响，基于广域信息的闭环电力系统将是一个时滞非线性系统。针对这种时滞非线性系统，结合逆系统理论和鲁棒H￥控制理论，提出不健全广域信息下考虑时滞影响的非线性鲁棒综合控制器的设计方法。首先，应用逆系统方法将强非线性电力系统进行线性化，然后，根据广域信息的不确定性，推导具有干扰输入的时滞线性系统模型，最后，应用线性矩阵不等式(LMI)理论设计该线性系统的鲁棒反馈控制律，进而得到原非线性电力系统的最终控制规律。时域仿真结果表明，当考虑广域信息的不健全和时滞影响时，非线性鲁棒综合控制器仍具有较小的系统过渡时间、振荡次数及振荡幅度，能大幅度增加系统的故障临界切除时间。     

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。     

山东电网广域阻尼控制系统设计与分析

针对山东电网,提出了一种广域控制系统的设计和分析步骤。首先,需要对山东电网进行振荡稳定分析;然后,用伪随机二元信号探测和预测误差方法对系统进行降阶辨识,根据降阶辨识得到的主模比和留数指标来分别选择反馈信号和控制器地点;最后,控制设计问题就转化为带约束的非线性规划,可对多个控制器参数进行协调和优化。用山东电网仿真数据对广域阻尼控制系统进行验证的同时,也分析了它对本地模式的影响。仿真结果表明,该方法在阻尼山东电网的区间振荡和提高传输容量上均有效。     

基于在线辨识的电力系统广域阻尼控制

提出了利用多路广域测量信号作为反馈量的新型电力系统广域阻尼控制(WADC)方法。首先,推导了基于改进Prony算法的动态降阶等值系统参数的辨识方法;利用该辨识方法对受控系统进行辨识,在辨识结果的基础上运用线性二次型方法设计WADC的参数。广域闭环控制必须考虑通信延迟的影响,文中利用线性矩阵不等式方法讨论了控制参数在时滞下的稳定性问题。MATLAB数值仿真验证了辨识方法的准确性。WADC的控制效果在36节点的多机系统中得到了仿真验证。结果证明,应用广域信号作为反馈的WADC可以更有效地阻尼区间低频振荡,同时提高了联络线的传送容量极限。     

A New Design of Wide-Area MIMO Coupling Robust HVDC Supplementary Controller

A new multi-input multi-output (MIMO) robust coordination approach for the controller design of multi-infeed high voltage direct current (HVDC) system is proposed. This design will enhance the damping of certain low frequency oscillation mode. The dominant mode ratio (DMR) is applied to choose the appropriate feedback signals, while time delay of wide-area signals is considered. The Total Least Squares-Estimation on Signal Parameters via Rotational Technique (TLS-ESPRIT) algorithm serves in identifying the MIMO system model. To reach the best control effect and disturbance suppression level, the mixed H₂/H_∞ robust theory with regional poles placement is introduced to design the controller. The new MIMO design approach avoids system decoupling in complex situation, and it uses the interactions of different control loops to enhance the system's stability when most MIMO HVDC controllers are designed by decoupling strategy. Simulation results of a multi-infeed HVDC system validate the control effect and robustness of the proposed method.