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。     

光伏电站自抗扰附加阻尼控制抑制低频振荡策略研究

大规模光伏电站并网对电力系统阻尼影响显著,同时也为抑制低频振荡提供了新途径。为此提出了基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)的光伏电站有功附加阻尼控制。采用复数力矩系数法推导了光伏电站ADRC附加阻尼控制对发电机阻尼系数的影响,在DIg SILENT中搭建了含光伏电站ADRC附加阻尼控制的电力系统,并进行了仿真验证。在单机无穷大系统中,对比了传统PI控制器与ADRC控制器对低频振荡的抑制效果,结果表明ADRC控制器效果更为优越;在4机2区域系统中仿真了不同联络线功率和光伏电站并网容量下控制效果,表明ADRC控制器不仅有效抑制联络线的功率振荡,而且抑制了邻近同步发电机的有功振荡,且随光伏容量增大抑制效果也越明显,同时具有较强的鲁棒性。     

光伏电站自抗扰附加阻尼控制抑制低频振荡策略研究EI北大核心CSCD

大规模光伏电站并网对电力系统阻尼影响显著,同时也为抑制低频振荡提供了新途径。为此提出了基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)的光伏电站有功附加阻尼控制。采用复数力矩系数法推导了光伏电站ADRC附加阻尼控制对发电机阻尼系数的影响,在DIg SILENT中搭建了含光伏电站ADRC附加阻尼控制的电力系统,并进行了仿真验证。在单机无穷大系统中,对比了传统PI控制器与ADRC控制器对低频振荡的抑制效果,结果表明ADRC控制器效果更为优越;在4机2区域系统中仿真了不同联络线功率和光伏电站并网容量下控制效果,表明ADRC控制器不仅有效抑制联络线的功率振荡,而且抑制了邻近同步发电机的有功振荡,且随光伏容量增大抑制效果也越明显,同时具有较强的鲁棒性。     

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。     

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。     

VSG附加自抗扰阻尼控制抑制低频振荡研究

针对新能源大量并网降低系统惯性和阻尼引起电网功率振荡的问题,提出了基于自抗扰控制（active disturbance rejection control,ADRC）的VSG有功附加阻尼控制策略来抑制低频振荡。首先介绍自抗扰控制器并分析附加阻尼控制抑制低频振荡的机理,然后给出控制环节中参数的取值原则,最后以VSG接入单机无穷大系统和IEEE 4机系统为例进行仿真,结果表明,附加自抗扰阻尼控制器能有效抑制系统的功率振荡,有较强的鲁棒性。     

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。     

计及时滞影响的广域附加阻尼控制

针对广域测量信号的时滞对系统动态性能的不利影响,提出了一种电力系统广域附加区间阻尼控制器设计的直接迭代方法。由已知的线性矩阵不等式定理,推得一种作为时滞系统渐近稳定性判据的基于状态反馈的矩阵不等式定理。利用变量替换法,将定理中的非线性矩阵不等式转变为线性矩阵不等式,进而将阻尼控制器设计转化为隶属于线性矩阵不等式的锥补问题并进行迭代求解。该方法可直接获得状态反馈控制矩阵,并具有良好的收敛性。测试系统的仿真结果表明,广域附加区间阻尼控制器,具有一定的时滞不敏感性,能够较好地抑制区间振荡。     

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。     

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。     

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。     

考虑时滞的电力系统广域阻尼控制优化设计

广域阻尼控制器输入的广域信号在实际采集传输过程中存在不可忽略的时延,会恶化广域阻尼控制器的阻尼性能。针对广域信号存在时延的问题,提出一种考虑时滞的广域阻尼控制器优化设计方法。首先,建立开环电力系统的线性化模型,通过几何测量法选择广域阻尼控制器的安装地点以及反馈信号。然后,将模型进行降阶处理,基于降阶处理后的模型设计统一Smith预估器,从而消除时延对电力系统的影响。最后,采用粒子群算法对广域阻尼控制器进行优化设计,通过运行粒子群算法得到广域阻尼控制器参数。该方法不仅可以消除时滞的影响,还能利用粒子群算法的自动寻优功能保证广域阻尼控制器的鲁棒性,同时该算法采用个体局部信息和群体全局信息的协同搜索,具有搜索速度快的特点。以新英格兰10机39节点系统为测试系统进行仿真验证,结果表明,即使广域信号存在时滞的情况下,该控制器仍然能有效地提高电力系统区间低频振荡模式的阻尼,从而验证了该方法的有效性。     

基于史密斯预估器的互联电网区间阻尼控制

针对广域信号存在时延的问题,提出一种基于史密斯预估器的附加励磁控制器设计方法。该方法在设计阶段采用统一史密斯预估器消除时滞对控制系统的影响,附加励磁控制器的设计采用标准 H ∞ 混合灵敏度方法,通过求解具有闭环区域极点约束的线性矩阵不等式得到控制器参数。基于该方法设计的控制器被用于2区域电力系统进行仿真,结果表明,即使在广域反馈信号发生时滞的情况下,该附加励磁控制器仍能有效提高电力系统区间振荡模式的阻尼,具有很强的鲁棒性。     

风电场中STATCOM抑制系统功率振荡

含虚拟惯量控制的风电场给系统的小干扰稳定带来了新的影响,在此背景下,研究利用风电场配置的静止同步补偿器(STATCOM)附加阻尼控制对电力系统低频振荡的抑制。利用阻尼转矩法分析了虚拟惯量控制对风电并网系统阻尼特性的影响,提出利用风电场中配置的STATCOM增强系统动态稳定的控制策略。基于自抗扰理论设计了STATCOM附加阻尼控制器,以改善系统阻尼特性。基于DIg SILENT平台搭建典型的4机2区域系统进行仿真,仿真结果验证了具有附加自抗扰阻尼控制作用的STATCOM能有效地阻尼系统功率振荡。     

考虑广域测量时滞的广义预测电网阻尼控制

针对大型电力系统模型的复杂性和时变性使得离线计算结果可靠度不高的问题,利用广域测量条件下数据实时同步高速采集的优点,将广义预测控制理论应用于电网阻尼控制系统,提出一种适用于广域测量条件的电力系统阻尼控制器设计方案,以实现系统的实时监测、滚动优化和反馈控制。该方案引入预估补偿器以克服远方反馈信号的时滞对控制性能的影响;通过在线辨识参数不断修正广义预测控制器模型和预估器参数进行优化控制,达到改善互联电网阻尼、抑制低频振荡的目的。基于EPRI 36节点系统和国内某实际电网的仿真试验结果证实了控制方法的有效性。     

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。