多机系统中电力系统稳定器与可控串联补偿器阻尼控制器的协调设计

针对电力系统稳定器（power system stabilizer，PSS）和可控串联补偿器（thyristor controlled series compensators，TCSC）的附加阻尼控制器能分别有效阻尼机间振荡和区域振荡的特点，提出一种采用单纯形-模拟退火法对PSS和TCSC阻尼控制器进行协调优化的设计方法．该方法结合单纯形算法局部搜索速度快和模拟退火算法全局搜索能力强的优点，将单纯形算法作为模拟退火算法的局部寻优算子，以增强算法的搜索能力和效率．同时，优化中使用的目标函数考虑了系统多种典型运行方式下的机电振荡模态性能，因而设计出的阻尼控制器具有较强的鲁棒性．在4机11节点电力系统上运用该优化方法完成了阻尼控制器的协调设计．特征值分析和非线性时域仿真结果显示，使用该方法设计的PSS和TCSC阻尼控制器对不同的运行方式都能有效抑制系统低频振荡．此外，算例分析结果证实了单纯形-模拟退火算法搜寻能力高、不强烈依赖初始值选择的优点。     

基于免疫网络理论的TCSC与PSS协调控制

电力系统稳定器(PSS)和可控串联补偿器(TCSC)被广泛用于电力系统的稳定控制,多个控制器之间的交互作用会影响彼此的控制效果.本文介绍了生物免疫系统中不同类型的抗体协调合作,共同清除抗原的协调机理.提出了基于免疫网络理论的协调控制方法,用于在线协调控制多个阻尼控制器,抑制电力系统的功率振荡.以装有多个PSS和TCSC的系统为例,对多个控制器进行在线协调阻尼控制.仿真结果表明该方法能够缩短抑制振荡所需的时间,具有有效性和鲁棒性.     

TCSC的自适应鲁棒H_∞控制

研究了含有参数不确定性及外部扰动的TCSC(thyristor controlled series compensation)单机无穷大母线系统的鲁棒H∞控制问题,使用自适应backstepping方法及Lyapunov方法构造出系统的存贮函数,同时设计出鲁棒H∞控制器及参数替换律.在内部扰动中同时考虑了阻尼系数不易精确测量和发电机电势不可直接测量的影响.该控制器不仅保留系统的非线性特性和对未知参数的实时在线估计,而且能够有效抑制干扰对系统输出的影响.仿真结果表明,所设计的控制器能够快速抑制振荡,保证单机无穷大系统的暂态稳定.     

变耦电抗式可控串补暂稳控制仿真分析和试验

以含变耦电抗式可控串补装置的伊-冯输电系统为研究对象,仿照TCSC暂稳定控制的过程,对串补装置用于暂稳定控制和阻尼功率振荡进行了仿真分析和试验.在阻尼功率振荡时取状态变量Δω作为变耦电抗调节量ΔX_T的控制参数,论证了ΔX_T对功率振荡的阻尼作用,重新建立了含ΔX_T的转子运动方程.通过调节串补装置的变耦电抗进行了暂稳定控制仿真,并以同样系统的动态模拟装置,采用仿真系统的控制方法,进行了暂稳定控制和阻尼功率振荡试验.仿真分析和试验结果表明,变耦电抗式可控串补能有效地进行暂稳定控制和阻尼功率振荡,阻尼效果比较显著.     

用于阻尼互联系统区域间振荡的TCSC控制器设计

将留数方法应用于线性的电力系统方程,得到了适用于不同的控制器输入输出的一般形式,可用于各种控制装置。它和模型灵敏度法一起用于TCSC,则可确定装置的安装地点、反馈信号、控制器的设计。比较阻尼率的变化和传输能力的提高来说明TCSC阻尼区域间振荡的有效性。     

静止同步补偿器抑制电网功率振荡的机理研究

为了揭示静止同步补偿器抑制电网功率振荡的机理,基于电气转矩分析法通过建立含静止同步补偿器的单机无穷大电网的机电尺度数学模型,分析了静止同步补偿器在电网功率振荡抑制模式下影响同步发电机动态特性的物理机制,解释了不同控制策略影响电网等效惯性系数、同步系数与阻尼系数的原理。研究结果表明:反馈同步机功角时,P、D控制器分别等效地改变系统的等效同步系数和等效阻尼系数;反馈发电机转速时,P、I、D控制器则分别等效地改变系统的等效阻尼系数、同步系数、惯性系数;上述动态参数均随P、I、D控制器控制系数的增大而增加。为了充分发挥静止同步补偿器对电网功率振荡的抑制作用,进一步分析了影响振荡抑制性能的关键因素及其作用规律,可为静止同步补偿器控制策略的分析和设计提供理论基础。仿真结果验证了静止同步补偿器抑制电网功率振荡机理分析结论的正确性。     

基于线性二次型最优控制理论的多频段高压直流附加阻尼控制器设计

针对交直流混合输电系统中存在的低频振荡和次同步振荡共存的问题,采用总体最小二乘-旋转不变技术对低频振荡和次同步振荡进行分析,获得系统的相关振荡频率、阻尼比以及系统降阶模型;再基于二次最优控制原理设计多频段高压直流附加控制器。利用直流功率快速调节的特点,对交流系统中因功率不平衡引起的振荡进行抑制;并引入极大极小值原理和改进粒子群算法来对控制器参数进行优化,最终达到同时抑制低频振荡和次同步振荡。最后在PSCAD/EMTDC中搭建某实际电网模型进行仿真验证;同时设计传统PI控制器进行分析对比。结果表明所设计的控制器具有更好的抑制效果和较强的鲁棒性。     

含TCSC装置的单机无穷大电力系统的非线性自适应动态面鲁棒控制

针对含晶闸管控制串联电容器装置的单机无穷大电力系统,考虑摩擦阻尼系数不确定及受外部未知干扰的情况,基于非线性自适应动态面控制方法,设计了鲁棒控制器,同时得到了系统不确定参数的自适应更新律以及系统稳定运行的充分条件.采用该方法避免了传统自适应backstepping法中对虚拟控制输入的反复求导,克服了计算量过大的缺点.数值仿真结果表明,所设计TCSC非线性自适应动态面鲁棒控制器在系统动态响应和不确定参数的估计性能方面优于传统的自适应backstepping鲁棒控制器,提高了电力系统的动态稳定性.     

串联补偿装置在超高压交流输电线路中的研究

主要研究在超高压远距离交流输电线路中,串联补偿装置的应用及其在系统中的作用,并且详细解析串联补偿装置的原理及结构;重点引入了串联补偿装置的新技术,论述新技术的可靠性及优势。新技术应用涉及如下,串联补偿装置中电容器推荐采用无熔丝电容器,其接线宜采用双桥差接线;低海拔地区推荐采用复合外套MOV,其技术经济优势明显,高海拔及工业高污染地区由于紫外线辐射、酸雨等因素会导致复合外套出现老化现象,推荐采用瓷外套MOV;电抗+MOV串电阻型虽然结构和设计复杂,但其不受当地环境影响,为密闭结构,可靠性高,推荐采用电抗+MOV串电阻型阻尼回路;通过对固定串补(FSC)与可控串补(TCSC)的分析比较,可控串补它既保持了固定串补的所有优点又弥补了固定串补的不足,具有潮流控制、阻尼线路功率振荡、提高系统暂态稳定和抑制次同步振荡等多种功能,是目前柔性交流输电系统技术中实用性强的一项技术,随着今后设备制造成本的进一步降低,本文推荐采用可控串补(TCSC)替代固定串补(FSC)。本文还论述了放电间隙(GAP)、旁路断路器(BPS)、保护及控制系统的基本原理和应用。     

抑制电力系统低频振荡的UPFC控制器设计

研究了统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)抑制电力系统低频振荡的系统级控制策略,首先利用Park变换得到了UPFC的动态方程,并采用逆系统解耦控制方法将非线性控制系统线性化,实现了输入信号的解耦,然后结合PI控制策略完成了UPFC主控制器的设计。为提高UPFC抑制电力系统低频振荡的效果,以发电机角速度变化量作为反馈信号,设计了UPFC阻尼控制器。最后在MATLAB/SIMULINK平台中,对所设计的控制器进行仿真研究,仿真结果表明,UPFC控制器具有抑制电力系统低频振荡的效果,加入阻尼控制器后,动态响应时间缩短,系统可以更快的恢复稳定状态。     

可控串联补偿的非线性模糊PID控制

分析了模糊自适应PID控制和可控串联补偿的非线性控制规律,并针对电力系统的高阶、强非线性特性,设计了单机-无穷大系统条件下可控串联补偿的非线性模糊PID控制器。仿真结果表明,该控制器对提高电力系统暂态稳定性及抑制阻尼功率震荡具有良好的效果。     

TCSC非线性自校正控制策略的研究

针对扰动对TCSC(Thyristor Controlled Series Compensator)系统动态性能的影响,提出了含TCSC系统的非线性自校正自适应控制策略.利用微分几何法和最小方差自校正原理,设计了TCSC非线性自校正自适应控制器.这种控制器能实时检测系统的外扰,并通过控制扰动后系统发电机的功角摇摆曲线来进行自动校正.仿真表明:这种控制器对系统发电机摇摆具有良好的阻尼作用,不但能快速调节容抗、改善系统的稳定性,并且具有较强的自适应性和鲁棒性.     

TCSC的非线性逆推设计

针对带有TCSC(ThyristorControlledSeriesCompensation)的单机无穷大总线系统的非线性二阶模型,使用逆推方法设计了TCSC的非线性控制器·基于逆推设计方法,无需对原系统进行线性化,并能保证闭环误差系统在Lyapunov意义下渐近稳定·当系统存在常参数不确定性,例如阻尼系数不能精确测量的情况下,应用自适应逆推方法还可以设计一个动态反馈控制器,其中含有对未知参数的实时估计·设计过程表明逆推方法设计的控制器拥有更优越的性能·     

基于Matlab的TCSC模块对电力系统暂态稳定性的影响

在输电系统中发生单相,三相故障时对电力系统稳定性影响较大.因此,故障切除后,引起系统电压和功率振荡.本文在Matlab/simulink环境下对简单的电力系统安装TCSC模块进行单相,三相接地故障仿真,分析了TCSC模块对电力系统暂态稳定性的影响.仿真结果表明安装TCSC模块后系统稳定性明显提高,负载电压和功率很快恢复到稳定状态.     

TCSC非线性自适应鲁棒控制器设计

研究了含有参数不确定及外部扰动的带有TCSC(thyristor controlled series compensation)的单机无穷大母线系统的鲁棒控制问题.针对描述单机无穷大母线系统的非线性三阶模型,将自适应理论和L2增益干扰理论相结合,并用逆推法构造出系统的存储函数,设计出了系统的非线性自适应鲁棒控制器.所设计的控制器不仅能够保证系统状态有界,而且能够有效地抑制外部干扰对系统输出的影响.仿真结果表明,所设计的控制器能够在很短的时间内使系统恢复稳定的状态,说明其控制是有效的.     

可控串补多目标控制研究

可控串补暂态稳定控制，既要抑制功角第一摆，又要快速阻尼系统故障后的功率振荡，这是一个多目标控制问题。文中提出了基于Ｔ－Ｓ（Ｔａｋａｇｉ－Ｓｕｇｅｎｏ）模型的可控串补模糊控制策略，充分考虑了可控串补装置的非线性，并结合了线性最优控制理论和专家知识。该模糊控制器相当于自适应变增益的线性最优控制器，能满足系统多目标控制的要求。数字仿真表明，该模糊控制策略在暂稳控制中优于其它常规控制方式（ＰＩ控制，ｂａｎｇ－ｂａｎｇ控制，线性最优控制）。     

串并联补偿在抑制电力系统功角振荡中的应用

验证了晶闸管控制的串联电容器（SVCs）和静止无功补偿器（SVCs）在提高电力系统动态稳定性中的作用,分析了适合于功角稳定性动态仿真研究的模型。运用能量函数法,推导出一个可以抑制功角振荡的控制策略。通过使用该控制策略,SVCs和TCSCs都能够增强系统对功角摇摆的抑制而不会影响其他功率振荡阻尼（POD）设备的作用。最后,通过一个简单的双机系统来证明这种控制策略的有效性。