提高交直流互联系统暂态稳定性的附加模糊直流控制

在交直流互联系统中,提高系统的暂态稳定性是保证系统安全稳定运行的前提。HVDC系统的快速、高度可控性,从原理上说明,对换流器附加适当的控制就能有效地提高AC/DC系统的动态特性,其关键是如何得到恰当的控制信号。基于模糊逻辑推理,提出了一种附加模糊直流控制方法,并对天生桥—广州交直流互联系统进行了仿真,得到了满意的结果,表明这种方法具有一定的理论价值和实际意义。

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。

抑制次同步和低频振荡的多通道直流附加阻尼控制器设计

采用矩阵束算法分析了实际交直流混合输电系统在孤岛运行方式下次同步和低频振荡共存的现象,并获得保留系统关键特性的低阶模型。采用带通滤波器分离低频和次同步振荡模态,基于降阶模型设计多通道直流附加阻尼控制器。该控制器能够降低振荡模式间的相互影响,通过单独调节各通道的增益、相位、输出限幅及滤波器参数为不同频段的振荡提供恰当的阻尼,进而同时抑制次同步和低频振荡。EMTDC/PSCAD实例仿真证明了控制器的有效性。

多通道高压直流附加鲁棒控制器设计

通过总体最小二乘-旋转不变技术辨识出系统降阶模型及相关振荡频率,再基于线性矩阵不等式的鲁棒控制设计方法,设计出针对不同振荡模式的多通道附加高压直流控制器。控制器利用平衡截断法进行降阶,兼顾了最优性能和鲁棒性能,且可以同时抑制低频振荡与次同步振荡。控制信号经巴特沃兹滤波器后由各通道明确定位,降低了控制器间的相互影响。最后,设计了传统比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)控制器进行比较。仿真实验表明,多通道鲁棒控制器对于多种振荡模式的同时抑制效果良好,具有较强的鲁棒性,同时控制器采用输出反馈形式,便于工程实践。

基于李雅普诺夫函数的直流附加控制器设计

利用李雅普诺夫直接法设计了直流附加阻尼控制器,通过构造交直流系统的Lyapunov函数,设计了一个用于改善互联系统阻尼特性的直流附加控制器。该控制器利用两端换流母线处的角速度和相角,以及交流联络线上的功率作为输入信号,结构简单且易于实现。与常规的直流附加控制器相比,该控制器能更有效地抑制功率振荡,提高系统的动态稳定性。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

基于同步相量测量单元的直流附加控制器研究

利用直流系统的快速响应特性,可以在不增加附加设备的条件下有效地抑制交直流系统的低频振荡。基于全球定位系统(GPS)的同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)能够测量母线电压相量,尤其是电压的相角。该文利 用PMU可改进控制提出了一种基于PMU的直流附加控制器,该控制器以不同区域电压相角差作为输入信号,能有效地反映区域间的低频振荡信息,同时研究了通信延迟对系统阻尼的影响,并考察了控制器的鲁棒性。以一个四机两区域系统作为测试系统,利用仿真软件PSS/E对系统进行小信号稳定和时域仿真分析,分析结果表明该直流附加控制器在系统较大的运行范围内提高了系统阻尼和系统区域联络线的传输能力,有效地抑制系统低频振荡,并且具有较好的鲁棒性,在故障情况下也能较好地发挥作用。

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。

非并联运行交直流系统直流调制原理及附加控制器设计

针对交直流非并联运行的系统结构,首先理论推导了该结构下利用直流功率调制抑制交流系统低频振荡的机理,并给出了影响直流调制效果的关键因素;然后引入扩展留数比指标作为直流附加控制器输入信号选择依据,采用测试信号法对系统进行小干扰稳定分析和扩展留数比计算,按照补偿留数相位的方法对直流附加控制器参数进行整定;最后通过测试算例和西北电网实际工程算例仿真验证了所设计的直流附加控制器能够有效阻尼非并联运行交直流系统的区域间功率振荡。

考虑多机系统广域信号时滞影响的直流附加控制器设计

广域测量系统中由于引入信道、传输协议等环节引起的延迟经过积累将严重影响以广域信号为反馈的控制器动态性能。对此提出一种考虑广域测量系统(WAMS)中信号传输延迟的直流附加控制器。基于线性矩阵不等式方法(LMI)设计考虑时滞影响的直流附加控制器结构;基于粒子群、以控制器时滞稳定域最大为目标函数,对控制器参数进行寻优求解;最后由射影控制理论获得等效的低阶输出反馈控制器。对结果进行了时域仿真分析,并与一种未考虑时滞的控制器进行比较,所得结果均证明LMI方法设计的直流附加控制器的有效性。

基于扫频法的直流附加控制器设计

将复转矩系数法的概念进行了推广,并应用到直流附加阻尼控制器的设计中.通过对交直流系统进行低频范围内的频率扫描,可以得到满足系统稳定性要求的控制器频域特性,并以此为约束条件确定控制器的结构和参数.采用该方法获得的各系数曲线结果直观,特别适合分析系统运行参数的变化对控制器效果的影响,有利于设计出能同时满足多种运行方式的鲁棒控制器.算例分析结果表明,当系统运行点发生较大范围变化时,所设计的附加控制器仍能有效阻尼两区域四机系统中的低频振荡.

多直流附加阻尼控制的控制敏感点挖掘

直流附加控制是HVDC系统抑制低频振荡的有效措施,但是在多直流HVDC系统中不同的直流点加装附加控制所取得的效果和花费的代价不同。提出以达到相同阻尼效果时所需直流调制输出量最小(或单位调制量下阻尼最大)为目标来选择加装附加控制的直流点。基于线性系统理论推导了控制敏感因子指标。计算各发电机对某振荡模式的参与因子,取参与因子较大的机组的功角和惯性时间常数进行处理得到综合功角。通过矩阵束辨识方法确定某直流线路对综合功角主振模式的控制敏感因子。对得到的多直流系统中不同直流的控制敏感因子排序形成最优控制策略表。控制敏感因子愈高的直流线路愈宜作为附加直流控制的安装点。最后对某多直流HVDC系统进行仿真验证,结果表明了所得最优控制策略表的准确性。

提高电力系统稳定性的直流附加阻尼与发电机励磁非线性协调控制

直流附加阻尼控制通常是利用有功功率或频率进行调制,控制目标单一,且不考虑与励磁控制的协调,导致有些情况下不能取得满意的控制效果。为此,该文提出一种协调直流附加阻尼和发电机励磁的微分代数多目标全息反馈非线性控制方法。该方法通过合理确定目标函数并由目标函数构建符合Brunovsky标准型的多目标方程,将非线性空间控制问题转换到线性空间设计;通过对目标函数求导数建立线性空间控制律和非线性空间控制律的等效映射,从而实现对非线性系统目标量的镇定,使其以良好的动态性能达到期望的稳定运行轨迹。将该方法应用于典型四机两区域交直流混合输电系统,设计直流附加阻尼和发电机励磁的非线性协调控制器。仿真结果表明,所设计的控制器在负荷扰动或发生严重短路故障时,均能够通过快速功率和励磁控制稳定系统功角、频率和电压,有效提高系统的稳定性和控制鲁棒性。

基于同步相量测量单元的观测线性化最优直流附加控制器

提出了一种提高交直流系统性能的基于同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)的观测线性化最优直流附加控制器。该控制器利用 PMU测量得到的系统实时运行状态量可以实现系统状态方程的线性化,从而可以对直流附加控制器进行线性最优控制设计。与基于一点线性化的模型设计的控制器相比,该控制器考虑了系统的非线性,并且其控制规律随实际运行点的变化而变化。通过对单机无穷 大交直流系统进行的小信号稳定分析和时域仿真结果可见,文中设计的闭环最优控制器能够改善系统的动态特性和提高系统的功率传输能力,并且其鲁棒性比单输入、单输出超前滞后控制器的鲁棒性好。

巴基斯坦默拉直流工程频率控制器设计及实际特性分析

巴基斯坦默拉直流投运后已经成为该国电网骨干输电通道,为帮助电网故障或非故障解列后维持稳定,默拉直流配置了频率控制器。文中从巴基斯坦电网稳定特性分析出发,提出一种基于仿真和实测相结合的频率控制器设计方法;主张应针对电网实际稳定需求并考虑送、受端电网承载能力进行频率控制器设计;总结了频率控制器的动作门槛设计方法、调制限值确定原则和控制器退出原则;分析了实际电网解列事件中频率控制器的动作特性;给出直流输电附加控制的技术基础及设计使用原则。强调直流附加控制应综合考虑交流电网稳定控制需求及实际电网特性,进行定制化设计,以期为后续交直流电网协同发展提供参考。

用于减少换相失败持续时间的直流附加控制策略

在高压直流输电工程中,当逆变站的交流母线连接到弱交流电网时,在运行过程中更容易发生换相失败故障,严重影响电网安全运行。改进高压直流输电控制,从而减少换相失败发生的可能性并提高系统故障恢复能力成为目前这类高压直流输电工程的迫切要求。本文提出了一种用于减少换相失败持续时间的直流附加控制策略,将直流电流变化量与熄弧角变化量的关系设计成PI控制器,通过增大故障期间直流电流的变化率,增大熄弧角,从而减少换相失败的持续时间,同时提高直流系统故障后的恢复速度。结合实际工程使用PSCAD进行了建模仿真,验证了所提控制策略的有效性。

交直流并联系统稳定器与附加控制器协调控制设计

针对具有低频振荡现象的交直流并联系统,建立了单机无穷大系统的小干扰线性化模型,在对其进行低频振荡机理分析的基础上,设计了电力系统稳定器(PSS)和直流附加控制器(DCM)进行直流调制。当两种控制器分别控制和协调控制时,对低频振荡的抑制作用进行了比较,结果证明对于含有直流线路的系统,应该利用PSS和DCM协调控制,才能较好地抑制低频振荡。

考虑直流附加控制能力的近端地方电网与直流外送系统的接入模式选择

针对能源基地近端、规模小、网架结构弱的地方电网的并网需求,提出考虑直流附加控制能力的近端地方电网与直流外送系统的接入模式选择方法。首先,在总结联网和孤岛接入模式存在问题的基础上,分析直流紧急功率控制和直流附加频率控制对送端系统稳定的影响,明确了直流附加控制能力对小容量地方电网接入模式选择的显著作用。进一步地,给出了模式选择原则,借鉴电力系统安全稳定导则等的相关规定,计及潮流、短路电流的要求,综合考虑故障发生几率及其对送端系统稳定影响的严重程度,确定第一级、第二级暂态安全稳定校验顺序和标准,根据交、直流特征量反映系统稳定的敏感程度,给出暂稳校验判据。最后,以某实际直流工程为算例,验证了模式选择方法的有效性与适应性。

模块化多电平换流器附加直流电压控制策略设计

为使模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的调制比保持在合适的区间内,提出了一种附加直流电压控制策略,可保证换流器输出全电平数的交流电压阶梯波形且稳定运行。首先,通过分析正弦脉宽的调制原理,得到满足换流器输出全电平电压波形且稳定运行的调制比最小限值和最大限值。然后,根据直流电压与调制比的非线性关系,设计了附加直流电压控制器,保证直流系统内所有换流器的调制比均运行于合适区间内。最后,采用11电平的双端MMC系统对所提策略进行验证。仿真结果显示,MMC-HVDC系统总能保持完整电平数的输出波形,并且总能够在不同的工况下寻找到一个新的稳态平衡点运行,验证了所提策略的可行性。

柔性直流耦合鲁棒控制器设计

为增强柔性交直流系统中特定低频振荡模式的阻尼,利用不同控制回路之间的相互作用,提出了一种基于多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)系统模型的耦合鲁棒控制器设计方法。首先,利用主模比(dominant mode ratio,DMR)指标选取最佳的反馈信号发送给控制器。然后,采用总体最小二乘-旋转不变技术(total least squaresestimation on signal parameters via rotational invariance technique,TLS-ESPRIT)对MIMO系统模型进行辨识。最后,基于混合H_(2)/H_(∞)鲁棒控制理论设计了具有区域极点配置的HVDC附加鲁棒控制器。在PSCAD/EMTDC中以一个简化直流输电馈入系统为例进行仿真,与传统无协调配合设计的超前-滞后补偿器相比,仿真结果验证了所设计控制器具有更好的控制效果和更强的鲁棒性。

直流系统附加频率控制器对AGC系统控制影响分析

区域电网采用特高压直流异步方式联网后,现有的自动发电控制(AGC)系统控制策略对异步联网电网的特高压直流频率控制(FC)的适应性问题已显现。为分析直流频率控制对AGC系统控制效果带来的影响,采用直流FC和AGC的准稳态模型分析了其交互作用的机理;基于电力系统全过程动态仿真程序(PSD-FDS)进行直流FC与AGC控制的动态过程仿真,在时域与频域内进一步分析了直流FC控制对电网AGC控制影响过程,提出了AGC控制策略优化建议。分析表明,直流FC的投入能够减轻频率的波动幅值,但是在严重故障下的功率缺失却需要AGC来承担;而在联络线频率偏差控制模式下,也需要考虑AGC与直流FC协调配合来避免AGC在故障下反向调节和频率恢复缓慢的问题。