Coordinated and uncoordinated design of LFO damping controllers with IPFC and PSS using ICA and SFLA

A single machine-infinite-bus(SMIB) system including the interline power flow controllers(IPFCs) and the power system stabilizer(PSS) controller is addressed. The linearized system model is considered for investigating the interactions among IPFC and PSS controllers. To improve the stability of whole system again different disturbances, a lead-lag controller is considered to produce supplementary signal. The proposed supplementary controller is implemented to improve the damping of the power system low frequency oscillations(LFOs). Imperialist optimization algorithm(ICA) and shuffled frog leaping algorithm(SFLA) are implemented to search for optimal supplementary controllers and PSS parameters. Moreover, singular value decomposition(SVD) method is utilized to select the most effective damping control signal of IPFC lead-lag controllers. To evaluate the system performance, different operating conditions are considered. Reponses of system in five modes including uncoordinated and coordinated modes of IPFC and PSS using ICA and SFLA are studied and compared. Considering the results, response of system without controller shows the highest overshoot and the longest settling time for rotor angel at the different operating conditions. In this mode of system, rotor speed has the highest overshoot. Rotor angel in the system with only PSS includes lower overshoot and oscillation than system without controller. When PSS is only implemented, rotor speed deviation has the longest settling time. Rotor speed deviation in the uncoordinated mode of IPFC and PSS shows lower overshoot than system with only PSS and without controller. It is noticeable that in this mode, rotor angel has higher overshoot than system with only PSS. The superiority of the suggested ICA-based coordinated controllers is obvious compared with SFLA-based coordinated controllers and other system modes. Responses of coordinated PSS and IPFC SFLA-based supplementary controllers include higher peak amplitude and longer settling time compared with coordinated IPFC and PSS ICA-based controllers. This comparison shows that overshoots, undershoots and the settling times are reduced considerably in coordinated mode of IPFC based controller and PSS using ICA. Analysis of the system performance shows that the proposed method has excellent response to different faults in power system.

PSS控制过程中的借阻尼现象与负阻尼效应

根据考虑PSS控制的线性化系统模型,利用特征值的数学性质,揭示了PSS控制过程中的借阻尼现象,即:PSS提供给机电振荡模式的阻尼是从非机电模式转移来的。另外,结合三机系统算例并通过相量图分析,阐明了多机系统PSS控制过程中的负阻尼效应现象,即:PSS在增加一些机电振荡模式阻尼的同时,将减少另一些机电振荡模式阻尼,并指出负阻尼效应现象是多机系统的一种本质特性。因此,PSS在系统中要合理地配置和恰当地选择参数,以使系统机电振荡模式能够从非机电模式那里“借”来足够而合理的阻尼。所以,PSS在系统中要合理地配置和恰当地选择参数,以使系统机电振荡模式能够从非机电模式那里“借”来足够而合理的阻尼。

一种基于协同控制理论的分散非线性PSS

为提高电力系统稳定器的动态性能及鲁棒性,提出一种基于协同控制理论的分散非线性电力系统稳定器(powersystem stabilizer based on synergetic control theory,SPSS)设计方法。首先针对同步发电机及励磁系统模型,根据协同理论,构造出合适的流形,然后推导出SPSS的控制规律,进一步实用化后,得到一种基于协同控制理论的实用的SPSS,由于SPSS的所有输入信号均为本地易测量信号且与网络参数无关,从而能实现分散控制。最后,将所设计的SPSS用于3机6节点电力系统进行小扰动和大扰动仿真验证。仿真结果表明,与常规的相位补偿型的PSS相比,所提出的SPSS能够在较大的运行范围内向系统提供充分的阻尼,并对模型误差不敏感,具有很好的鲁棒性。

交直流电力系统PSS和直流附加控制的协调

针对当今大容量、远距离、多区域互联电网低频振荡现象严重的问题,提出了一种基于Prony算法的PSS和直流附加控制器协调运行的策略。该方法根据多代理分层控制的思想,首先利用Prony辨识全网系统,求出在没有配置PSS和直流附加控制时的系统振荡频率,利用相位补偿法优化PSS控制参数,有效地抑制局部振荡模式。当全网的局部振荡模式达到满意水平后,反复利用Prony对系统进行辨识,通过每次的辨识结果对直流附加控制器进行参数整定,逐渐把剩余区域间振荡模式消除。仿真研究表明,该控制策略有效抑制了贵广交直流系统的低频振荡,并具有一定的鲁棒性。

PSS和TCSC联合抑制互联电网低频振荡

分析推导了含有PSS和TCSC阻尼控制器且适用于小扰动稳定分析的多机电力系统线性化模型,提出了利用改进遗传算法对电力系统中的PSS和TCSC阻尼控制器进行鲁棒分散协调控制,以所有弱阻尼运行方式下的系统机电振荡模式特征值阻尼比之和为目标函数,对阻尼控制器进行了参数优化。仿真结果表明,通过协调控制系统中分散的阻尼控制器,不仅显著提高了系统的阻尼比,而且对严重故障下产生的持续振荡具有很好的抑制作用。

储能装置与PSS配合控制对电力系统低频振荡的抑制效果研究

电力系统的低频振荡现象会严重影响到系统的稳定性,相应的机理分析和抑制策略一直备受国内外学者的关注。提出以储能装置和电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS)为手段实现对电力系统暂态功率的调节,并最终实现抑制电力系统低频振荡的控制目标。首先给出了储能系统中逆变器的控制策略;同对简化了逆变器模型,在不造成系统级误差的前提下,使用仿真速度极快的向量解算方式进行仿真验证;最后通过短路故障产生低频振荡现象,在仅用储能装置、仅用PSS、储能装置和PSS协调控制3种不同条件下抑制低频振荡。对Matlab/Simulink仿真结果进行对比和分析,得出储能装置和PSS在抑制电力系统低频振荡时存在配合的可能性,储能装置和PSS的配合控制比单独使用储能装置或PSS的调节效果好。

H_∞PSS设计中加权函数的选择及模型降阶

基于H∞鲁棒控制理论的基本原理,设计了电力系统稳定器,克服了传统电力系统稳定器(PSS)鲁棒性差的缺点。针对H∞PSS设计中,权函数的选择较困难,以及H∞PSS阶数往往很高的缺陷,提出了选择权函数时较为通用的方法,以及基于Gram矩阵的均衡降阶方法,并说明了当直接从MATLAB工具箱得到的H∞PSS不是最小实现模型时,如何降阶。为了与传统PSS进行比较,针对单机无穷大系统受到扰动后发生低频振荡的例子,给出了几组仿真试验结果。结果表明H∞PSS能够在较大的运行范围内抑制振荡,显示了良好的鲁棒性。

基于改进遗传算法的发电机调速器侧模糊PSS优化设计

基于模糊控制理论设计了发电机组调速器侧模糊电力系统稳定器,采用遗传算法优化其参数以克服模糊控制器参数设计的主观性。为了提高多参数控制器参数优化的速度和精度,对传统单点交叉遗传算法进行改进,提出了一种首尾轮换交叉遗传算法。该方法交替采用尾部和头部单点交叉,保证了各参数参与优化的概率基本均等。采用该算法对某水轮发电机组调速器侧模糊电力系统稳定器的参数进行优化计算,表明其优化速度和精度较试探法和传统单点交叉遗传算法有显著提高。

采用特征值法和Prony法相结合的PSS自适应控制

随着互联电力系统的规模日益增大,系统互联引发的低频振荡问题已成为危及电网安全运行、制约电网传输能力的最主要因素之一。通常采用离线配置电力系统稳定器(PSS)来实现抑制低频振荡的目的。但是由于电力系统的实时性,在发生大扰动时,事先整定好的PSS对电力系统低频振荡的抑制效果并不理想,因此考虑采用PSS的自适应控制。提出一种采用特征值分析法和Prony分析方法相结合的PSS自适应控制。低频振荡发生后,通过滑动数据窗的方法缩短Prony辨识时间,先辨识得到频率较高的振荡模式,选取主导振荡模式在线配置PSS,在Prony方法辨识出振荡模式之前采用离线配置参数。克服了Prony在线辨识在低频振荡应用中的局限性。通过对4机2区系统的分析,得出在线配置PSS相对于离线配置PSS的优越性。验证了通过Prony方法在线配置PSS参数的可行性。

基于模糊控制理论的水轮发电机组调速器侧PSS研究

由于引水系统的水锤效应和水轮机的强非线性特性,水轮发电机组采用常规调速控制对于改善电力系统稳定性难以取得满意的效果.采用水力系统弹性水击模型和同步发电机非线性模型,基于模糊控制理论设计了水轮发电机组调速器侧模糊电力系统稳定器(FGPSS),应用SIMULINK对其效果进行了仿真研究.结果表明,FGPSS能够较好地改善机组的动态性能,具有较强的鲁棒性.

基于控制敏感因子的PSS和直流附加控制的协调阻尼控制

面对低频振荡阻尼控制器和输入信号多样化的复杂局面,如何优化协调阻尼控制器的输入信号和安装地点值得研究。为此,通过理论推导得出控制敏感因子指标用以指示阻尼控制器最优安装位置和输入信号;进一步提出了基于控制敏感点的电力系统稳定器(PSS)与直流附加阻尼控制的协调优化策略,给出了不依赖系统精确数学模型的实用化计算步骤。通过川渝电网多种运行方式验证,理论计算结果与仿真结果一致,结果表明控制敏感因子能够正确指示阻尼控制器的最优安装位置和输入信号,PSS与直流附加阻尼控制通过相互协调可以全面抑制低频振荡,提高系统运行稳定性。

基于MATLAB的同步发电机PSS与励磁系统仿真

在分析同步发电机励磁控制系统模型的基础上,研究了以电力系统稳定器(Power System Stabilizer-PSS)为辅助控制的同步发电机励磁控制方式,并基于MATLAB/SIMULINK构建了包含PSS的励磁控制系统的仿真模型。根据仿真结果分析在电力系统出现不同故障(三线短路以及断线故障)情况下带有PSS的励磁控制系统的控制性能,并与不加载PSS的励磁系统进行了比较,得到了在同步机励磁系统中加载PSS的必要性,为励磁系统的设计提供了依据。

基于PSS/E的统一潮流控制器仿真建模

在电力系统分析软件中建立统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的相关模型有利于对UPFC控制能力进行分析,从而提高系统运行的稳定性。为此,首先对UPFC的动态数学模型进行分析;其次提出UPFC的解耦控制策略;然后介绍了电力系统仿真软件(power system simulator/engineering,PSS/E)自带的UPFC潮流计算模型;并利用PSS/E提供的用户自定义建模功能,联合调用CONEC子程序和CONET子程序,解决了对相关微分方程和注入电流的计算;最终建立起可用于仿真分析的UPFC动态模型。IEEE标准算例仿真和分析结果证明了所建模型的合理性和可用性。

多机系统线性多变量最优励磁与线性最优PSS的设计与比较

线性多变量最优控制和AVR+PSS是2种常用的励磁策略。在传统观念和以往文献中认为,前者的控制效果优于后者。指出以往的研究和认识忽略了两者的可比性,导致对比结果不够公正、严谨。基于相同的优化理论、性能指标,并使用相同的加权矩阵和迭代算法,在多机系统下分别设计了反馈4个量的多变量最优励磁控制器和附加反馈1个量的线性最优PSS。对2种励磁策略在小干扰稳定、非线性动态行为和暂态稳定极限方面进行对比分析,发现线性最优PSS尚能略显优势。阐述了励磁控制对比研究时应该注意的一些问题。

STATCOM阻尼控制器及发电机PSS参数协调设计

研究一种考虑STATCOM有功损耗的潮流算法,推导出协调设计STATCOM阻尼控制器及PSS参数的数学模型,提出采用修正单纯形—模拟退火(SSA)算法协调设计STATCOM阻尼控制器及PSS参数。该方法能够将系统有代表性运行方式下的机电模式及非机电模式特征值移动到复平面上指定的区域内。采用该方法在新英格兰典型10机系统上进行的算例研究验证了它的有效性及其潜在应用价值。

基于多信号在线辨识的广域PSS协调设计

对系统广域信号进行辨识设计广域电力系统稳定器(PSS)不仅能克服电网规模和数学模型阶数的限制,而且不受到元件模型和参数准确度以及运行方式的影响,便于开展多PSS的在线协调设计。文中提出基于多信号Prony算法在线辨识的广域PSS设计方法。该设计方法是通过对系统中各发电机组施加给定的激励信号,利用多信号Prony算法辨识出系统降阶模型及相应的留数矩阵;依据得到的留数矩阵计算各发电机组的综合可控性指标和综合可观性指标,选取控制机组和反馈信号;最后利用极点配置方法设计广域PSS参数。仿真示例和实时数字仿真器(RTDS)试验证实了所提出方法的可行性和有效性,对于多PSS的在线协调设计具有重要的工程意义。

同步电机最优励磁与PSS算法比较研究

同步电机励磁控制和电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS)系统都是电力系统经济、有效的控制手段。为促进励磁控制的理论研究和应用,针对两种系统的数学模型算法进行了研究。发现将两种模型中的参数进行结合,有利于大大简化工程计算量。

基于IFA的PSS与STATCOM阻尼控制器参数协调优化策略

为优化电力系统阻尼特性,本文利用改进萤火虫算法对电力系统稳定器与静止同步补偿器阻尼控制器参数进行协调优化。该算法通过在标准萤火虫算法基础上引入高斯递减惯性权重,权衡优化算法的全局搜索能力和局部搜索能力提高其寻优性能。另外,以系统多种运行方式下的特征值及机电振荡模式特性为优化的目标函数,保证了协调优化策略的适应性和鲁棒性。将所提方法应用于四机两区域系统,仿真结果表明,多种运行方式下,协调优化后系统的阻尼比有大幅度提升,从而能够有效抑制电力系统低频振荡,提高系统的动态稳定性能。

异步联网下发电机低励限制与PSS协调控制参数优化策略

当发电机低励限制(UEL)参数整定不当,低励限制投入工作会与电力系统稳定器(PSS)多次相互切换,引发振荡现象。本文提出了一种低励限制与PSS的参数协调优化方法。目标函数兼顾机电振荡模式与非机电振荡模式的阻尼优化特性,在发电机不同作用工况下,给出基于粒子群算法对低励限制的超前滞后环节各个参数的求解优化方法,并通过特征值分析法分析优化参数以及系统加入UEL后的特征值研究低励限制曲线的斜率与截距对系统稳定性的影响。以异步联网下云南电网某电厂数据为例,优化设计了低励限制与PSS协调配合的UEL参数。在PSASP和Matlab仿真软件下建立单机无穷大模型验证理论的正确性。仿真结果表明,所提出的参数协调优化方法可以使UEL动作后不影响PSS的输出效果,二者可以协调配合确保了系统的稳定性。

基于BCC算法的多机系统PSS参数优化设计

电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS)通过调节励磁电流进而调整发电机内电势,以实现对有功低频振荡的抑制。由于系统中除了PSS控制器外,还存在各种FACTS元件和储能装置,各控制器参数间需要协调控制以提高系统阻尼。为此,对PSS与储能装置间的协调机制进行了分析,确定了相应的协调控制策略,同时建立了相应的参数优化模型,利用细菌群体趋药性(BCC)算法对PSS和储能控制器进行了参数优化。最后基于电力系统分析综合程序(PSASP),以4机2区域系统模型为例,搭建相关控制器模型,对协调优化方法进行了验证,特征值分析及时域仿真结果表明,本文所提优化策略能够提高系统阻尼,有效抑制低频振荡。