南方电网广域阻尼控制系统及其运行分析

广域控制是新一代大电网调控技术的发展方向。南方电网公司为提升区域间振荡阻尼,研发并安装了广域阻尼控制系统。该系统由位于6个500kV站点的相量测量单元(PMU)、位于2个直流整流站的控制子站、位于总调的控制中央站以及广域控制和高压直流(HVDC)输电系统的接口组成,利用2回大容量直流的调制来改善电网动态稳定性。文中介绍了广域阻尼控制系统的设计思路、总体概况、系统的开环试运行情况,详细分析了2次闭环大扰动试验的结果。运行与试验表明该系统完全达到了增强区域间振荡阻尼的设计目的。

时空大数据环境下的大电网稳定态势量化评估与自适应防控体系构建

广域测量系统实测信息及故障集仿真结果构成了电网时空大数据,如何采用大数据技术对它们进行快速、高效地挖掘,实现大电网在线安全评估与防御是智能电网核心目标之一。从电网广域时空量测信息角度,解释了电网时空大数据的内涵,提出大电网在线稳定态势评估与自适应防御体系(stability situation assessment and adaptive defense control system,ST-SADC)的整体架构及关键技术。ST-SADC以大数据分析与处理为底层技术支撑,基于广域时空量测信息实现大电网稳定态势量化评估及主导环节的反映射虚拟建模,进而实现轨迹型自适应防御控制。针对当前技术现状,讨论了ST-SADC循环递进式研究路线。该体系可进一步提高广域时空量测信息的挖掘深度和广度,最终提升大电网轨迹型智能化预警和防控能力。

计及广域测量系统时滞的互联电力系统鲁棒稳定控制

提出一种利用广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)信号来增强互联电力系统区域振荡阻尼的广域自适应监控器(wide area adaptive supervisory controller,WAASC),该控制器计及了广域信号传输时滞的影响。采用帕德(Pade)方法对广域信号传输时滞建模。利用线性分式变换(linear fractional transformation,LFT)方法把时滞看成是系统的参数不确定性,利用具有极点配置约束的混合灵敏度线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法,设计WAASC。WAASC利用从相量测量单元(phase measurement unit,PMU)获取的全局信号,将阻尼控制信号发送到有关的控制器。采用平衡截断(balanced truncation)技术对原系统和控制器进行降阶。在IEEE4机2区域系统进行的仿真表明,该WAASC能有效地提高互联系统的稳定控制水平。

交直流互联系统鲁棒自适应直流功率调制

设计了应用于交直流互联电力系统的直流功率调制的非线性鲁棒自适应控制器。该控制器基于驱动各互联区域电网的惯量中心至统一平衡点的设计思想,采用广域测量系统的全局信号,用以阻尼交直流互联系统的区域间功率振荡。采用反步法设计的自适应鲁棒控制规律使控制器对未知参数具有自适应性,对模型误差、扰动和平衡点变化具有较强的鲁棒性。仿真结果表明,与传统的线性直流功率调制控制器相比,该控制器对联络线的功率振荡具有优良的阻尼性能,可显著提高输电极限,而且能很好地适应运行点的变化。

直流广域自适应阻尼控制器设计与RTDS实验

传统的阻尼控制器较难适应系统结构与运行方式的变化,导致电网的低频振荡现象仍然时有发生。设计了一种基于广域动态信息的自寻优自适应阻尼控制器。该控制器使用改进的Prony算法,在线分析得到系统弱阻尼区间振荡模式的阻尼比,并据此通过自寻优的方法调整控制器的参数。该方法避免了现有自适应阻尼控制方法中存在的系统降阶模型辨识的困难,其控制效果通过在南方电网直流调制中的仿真应用得到了验证。进一步,实现了该直流自适应阻尼控制器的软硬件系统,并在基于实时数字仿真器(RTDS)与广域测量系统物理装置的实验平台上进行了测试。闭环控制实验结果说明了此自适应策略的有效性及广域阻尼控制的可行性。

抑制区间振荡的自适应模糊广域阻尼控制设计

针对多区域互联系统的区间振荡,提出一种自适应模糊广域阻尼控制系统的分析和设计方法。首先,通过传函留数确定控制回路的安装地点,并以"模式可观惯量中心"等值的区间角速度偏差作为各回路的反馈信号。然后,以提升不同故障激发的主导区间振荡模式的阻尼为目的,将模糊控制系统的设计转化为带不等式约束的规划问题。最后,采用遗传算法求解规划模型,对多个控制回路的参数进行协调和优化。在优化过程中引入多区域单机等效法辨识故障后系统振荡的主导模式,并进行阻尼评估。算例采用IEEE5区域16机系统。仿真结果表明:控制系统显著改善了不同区间振荡模式的阻尼,有效抑制了故障后系统的振荡。

基于广域网和多智能体的自适应协调保护系统的研究

介绍了一个基于广域网和多智能体的自适应协调保护系统(MAWBACPS)。系统利用IP广域网实现电网广域信息的实时交换;利用多Agent系统在解决分布式在线问题的合作求解能力,实现保护之间动作的协调。提出了尽力自适应的协调保护新思想以及线路电流后备保护的网络化自适应整定的新方法。论文还介绍了MAWBACPS的结构、通信机制、协调控制策略以及相关的智能体设计。基于上述思想和方法研制了仿真系统,仿真试验结果表明:自适应定值计算所需的时间可以被控制在允许的范围内,从而在一般情况下均可实现电网后备保护的自适应协调动作。

基于CIM的广域测量系统的信息模型

针对当前广域测量系统WAMS尚没有统一的信息模型,不能与其它应用系统有效信息共享的现状,对IEC 61970标准的公共信息模型CIM进行了深入研究,并且结合WAMS的特点及其在电力系统中的应用情况,提出了基于CIM的WAMS信息模型,定义了WAMS的CIM类及其相应的属性信息。在该模型扩展的基础之上,提出了一个基于消息中间件的电力信息集成系统,以说明该信息模型的应用前景。

电力系统广域自适应阻尼控制器设计

利用广域测量系统WAMS信号设计了一种广域自适应阻尼控制器WAADC,以提高互联电网区域振荡阻尼。利用聚合经验模态分解EMMD方法精确地在线辨识电力系统低频振荡模态,并有效地抑制了低频振荡模态的混叠。根据在线辨识结果提出了一种模糊自适应粒子群优化算法,实时整定电力系统中电力系统稳定器PSS的参数,从而在不同的运行方式下都能提供最佳的阻尼,抑制系统的低频振荡。仿真结果表明,该WAADC能提高互联电网的安全稳定运行能力。

基于SCADA/PMU混合量测的广域动态实时状态估计方法

根据来自监视控制与数据采集(supervisory control and data acquisition,SCADA)系统和相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)的数据特点,提出了一种基于SCADA/PMU混合量测的广域动态实时状态估计方法,该方法充分利用了各节点间电压变化的相互联系,通过SCADA系统提供的初始值和安装PMU的节点的电压量测可简单地获得其他未安装PMU节点的电压相量。该方法有效地解决了在PMU配置不足的情况下如何观测电网状态以及如何在动态过程下实时观测电网。最后,通过对新英格兰10机39节点系统的多种故障进行仿真,验证了该方法的有效性和准确性。

基于WAMS的电力系统实时状态估计和预报

根据广域测量系统/数据采集与监控(WAMS/SCADA)系统的测量数据,提出一种实时状态估计和预报算法。采用递推增广最小二乘法辨识和修正状态转移矩阵,并采用渐消记忆指数加权法在线估计线性化后的模型误差协方差矩阵,同时由量测量的标准差在线计算量测权重,这使得在利用观测数据进行滤波的同时,状态估计模型中不精确(或未知)参数和噪声协方差矩阵不断地在线辨识和修正,以适应环境的干扰和过程的时变性,减少状态估计误差,达到良好的滤波效果。仿真结果表明,所提出的方法在正常情况、存在坏数据、负荷突变/发电机输出功率突变、网络拓扑结构误判等情况下具有较好的滤波效果。

电力系统低频振荡分析与控制仿真平台

提出一种大规模电力系统的低频振荡分析与控制仿真平台的构建方法。利用C++矩阵数学库,编写实现低频振荡特征提取、模型辨识和控制器设计等功能的用户程序。基于电力系统分析软件提供的用户程序接口功能模块,实现用户程序与分析软件暂态稳定仿真模块的交互。用户程序和分析软件共同完成电力系统低频振荡分析与控制的仿真。仿真平台具有较好的收敛性、准确性、可靠性和较快的计算速度。新英格兰10机39节点系统的仿真结果验证了平台的可用性和正确性。

风电并网系统次/超同步振荡的动态监测方法研究

近年来,我国大规模风电基地中出现了新型次/超同步振荡问题,其频率具有时变特性。已有的同步相量测量单元(PMU)和广域测量系统无法准确监测其动态发展过程。鉴于此,本文首先探讨了次/超同步谐波对传统PMU算法的不良影响,剖析谐波引起基频相量测量误差的根源。其次,提出一种具有频率自适应控制能力的次/超同步谐波相量检测方法,能够准确判断系统中是否出现次同步振荡,并检测出基波相量和次/超同步谐波相量。最后,通过搭建实际系统的电磁暂态仿真模型分析验证了改进算法的有效性和精确性。

基于PMU/SCADA的变电站自动化广域安全闭锁

分析了广域安全环境下电力系统稳定运行对变电站自动化闭锁逻辑的应用需求,设计了包含广域保护层、变电站层、间隔层和底层的变电站闭锁体系结构。基于相量测量单元和电力SCADA系统的数据信息,在广域保护层构造了4种安全闭锁约束指标,并将约束指标作为调度中心发送操作指令和电网自我调节的闭锁约束条件,完成了广域保护层在线闭锁逻辑的设计。最后介绍了广域保护层在线闭锁功能的实现以及变电站层闭锁功能的配置方法。

地铁综合监控自动化系统中关键技术的解决方案

对地铁综合监控自动化系统中一些关键技术的解决方案进行了探讨。在系统软件平台的设计中,采用了基于中间件组件技术的软件架构和实时分布式数据库技术;在通信控制站(输入/输出)设计中,强调内核和应用的相对独立性,并在此基础上实现接口编程模式的统一;数据订阅采用动态订阅-发布机制,提高骨干网数据传输的实时性和可靠性。基于以上关键技术的系统平台在北京地铁13号线得到了现场验证。

基于数据驱动的背靠背柔性直流自适应广域阻尼控制

针对大型互联电网中可能存在的低频振荡问题,提出一种基于数据驱动的背靠背柔性直流输电系统自适应广域阻尼控制器(adaptive wide-area damping controller,A-WADC)。该A-WADC选取广域测量信号作为输入,同时调节柔性直流输电的有功和无功控制环。为了适应系统运行状态变化,采用基于数据驱动的目标表示的启发式动态规划算法进行控制器设计,无需受控系统的数学模型,仅根据系统输入输出数据信息便能设计控制器。此外,设计自适应时滞补偿器以有效补偿广域信号中存在的通讯时滞。以含背靠背柔性直流输电系统的实际电网等值简化模型为例进行仿真研究,仿真结果验证所提A-WADC在不同运行工况和不同通讯时滞下,均能有效抑制系统的低频振荡,改善系统的暂态稳定性。

交直流混联系统非线性自适应广域附加控制器的设计

为了提高交直流混联系统的暂态稳定性,设计了基于高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)大信号调制方式的非线性自适应广域附加控制器(Nonlinear Adaptive Wide-area Supplementary Controller,NAWSC)。该控制器利用扰动观测器估计和补偿实际系统中的非线性动态,无需精确模型,解决了模型不确定时稳定控制措施不易设计的难题。同时,该控制器通过整合广域功角信息得到的系统等值功角进行输出反馈,直接实现暂态稳定控制。在四机两区域交直流混联系统和10机39节点交直流混联系统中进行仿真。结果表明:在不同运行工况下,NAWSC相对于比例积分型广域附加控制器具有更好适应性;在参数不确定下,NAWSC相对于基于精确模型的反馈线性化广域附加控制器具有更好的控制鲁棒性。所设计NAWSC可以提高HVDC暂态调节能力。

大数据通信平台的智能集成广域保护控制系统设计

传统通信保护控制系统存在信道占用过于单一、控制信息局限性较强等弊端;为解决上述问题,设计基于大数据通信平台的新型智能集成广域保护控制系统;在大数据通信平台框架的基础上,重新规划集成适配模块、广域控制决策模块的连接形式,完成新型系统的硬件运行环境搭建;在此基础上,联合多项广域通信协议,对保护控制驱动程序代码进行重新排列,并根据具体重排结果确定通信数据库的连接形式,完成新型系统软件运行环境搭建,实现基于大数据通信平台智能集成广域保护控制系统的顺利运行;模拟系统运行环境设计对比实验结果表明,与传统通信保护控制系统相比,应用新型系统后,信道占用率达到80%以上,控制信息覆盖面积提升30%左右。

基于IEC61970标准的EMS/WAMS统一信息模型构建

针对目前能量管理系统(EMS)与广域测量系统(WAMS)之间没有一个统一的信息模型,不能集中动态监视与控制日益复杂的电力系统的现状,对IEC61970标准的公共信息模型CIM进行了深入研究,并结合EMS与WAMS的各自特点及其在电力系统中的应用情况,构建了基于IEC61970标准CIM的EMS/WAMS的统一信息模型,并定义了主要的CIM类以及它们相应的属性信息。

一种基于广域网的综合监控系统

以网络为线索,以通信骨干网为中心,对基于城域网的城市轨道交通综合监控系统进行了全面阐述。