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基于超导储能装置的联络线功率控制


第32卷第8期
2008年4月25日

电力系统自动化
Autommion of Electric Power

V01.32

No.8

Systems

Apr.25,2008

基于超导储能装置的联络线功率控制

>
康1’2,兰

洲1,甘德强1,石立宝2,倪以信2

(1.浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027; 2.清华大学深圳研究生院电力系统国家重点实验室深圳研究室,广东省深圳市518055)

摘要:改变了以往将超导储能装置安装在发电机出口处的策略,利用该装置与系统间有功和无功 功率交换的灵活性,进行互联系统联络线的功率控制。控制目标由传统的驱使系统恢复到故障前 的稳定运行点,转为跟踪系统惯量中心,以较小的控制代价尽快将系统拉回同步,并迅速平息故障 后的区域间功率振荡。利用反步法为超导储能装置的有功环节设计了鲁棒控制器,使闭环系统对 建模误差及有界的外部扰动具有鲁棒性。最后利用PSS/E对所提出的控制方案在4机2区系统 上进行了数字仿真,证明了该方案的有效性。 关键词:超导储能;鲁棒控制;反步法;惯量中心;电力系统 中图分类号:TM761


引言
超导储能(superconducting
magnetic
energy

用H。鲁棒控制理论设计SMES装置的非线性鲁棒 控制器;文献[7—8]采用线性矩阵不等式(LMI)方法 设计抑制多机系统中多模振荡的SMES装置鲁棒 控制器;文献[93将SMES装置的控制器设计转换 为带约束的极小值优化问题,采用遗传算法对其求 解;文献Do-I采用自适应单神经元法设计SMES装 置的鲁棒控制器。上述控制器设计均采用单机无穷 大系统作为模型,并将SMES装置装设在发电机出 口处。现代大型发电机组具有强大的自动调节能 力,与之相比,SMES装置在发电机端口的调节作用 较为有限。互联电力系统的发展,要求对联络线上 的传输功率进行控制,保证系统在故障条件下仍能 保持同步,而不致解列,故障后迅速平息联络线上的 功率振荡,使互联系统恢复正常运行。 本文改变了以往将SMES装置装设在发电机 端口处的策略,利用该装置与系统间有功和无功功 率交换的灵活性,进行互联系统联络线的功率控制。 控制目标由传统的驱使系统恢复到故障前的稳定运 行点,转为跟踪系统的惯量中心(COI),以较小的控 制代价尽快将送受端系统CoI拉回同步,并在故障 消除后迅速平息联络线上的功率振荡。控制器的设 计采用反步法(back—stepping),该方法将Lyapunov 函数的选择与控制律的推导相结合,并能考虑系统 的建模误差和有界的外部扰动,最终保证闭环系统 的鲁棒性。


storage--SMES)装置作为柔性交流输电系统

(FACTS)的新成员,已经成为超导技术在电力系统 中最有前景的一种应用。SMES装置可以同时实现 与系统的四象限有功和无功功率交换,且无需进行 电磁能量与其他形式能量的转换,效率高,反应速度 快,运行方式灵活。SMES装置最初被用来进行电 力系统的负荷调节,随后用于为发电机组提供阻尼、 抑制系统振荡,以及改善电能质量、提高供电可靠性 等方面[1。3J。SMES装置的本质是通过大功率电力 电子变换装置将超导储能磁体与电力系统相连,这 种变换装置分为电压源逆变器(VSI)和电流源逆变 器(CSI)2种结构,但其原理均是通过对超导储能磁 体的预充电,控制变换装置的触发脉冲实现SMES 装置与系统间的有功和无功功率的交换。 SMES装置的控制分为外环和内环2部分,前 者根据控制目标确定SMES装置的功率输出量,后 者则根据该输出量产生变换装置的触发脉冲序列。 SMES装置用于电力系统,主要是设计外环控制器, 利用其在故障期间及以后与系统之间的功率交换, 提高系统的稳定性[4]。文献[5]提出双CSI并网方 式实现SMES装置有功和无功功率的解耦控制,有 效降低了问题的求解难度。在此基础上,文献E6-1采

收稿日期:2007—12一03;修回日期:一2008-02-18.

数学模型
考虑如图1所示的互联电力系统,SMES装置

国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目
(2004CB217900).国家自然科学基金资助项目(50337010)。

装设在联络线送端节点处。

一5一

万   方数据















………
&oI,B,tacol2;
%z
区域B

{众Ps
0.2

去Ps+去 去Qs+去

甜1 /L
“ 2



、,

式中:P。和Q。分别为SMES装置的有功和无功功
圈1含有SMES装置的互联系统结构
Fig.1 Structure of interconnected power system including

率输出值;瓦为SMES装置的响应时间常数,考虑 到系统COI的获取存在一定的时间延迟,取Ts= S对该现象进行模拟;“。和“。为输入控制信 在互联电力系统中,无功功率采用就地补偿的 方式,而不会通过联络线进行传输。因此,本文中主 要考虑通过SMES装置对联络线的有功功率进行 控制,并对SMES装置的接入节点进行无功补偿, 控制其电压。 由式(1)~式(4),全系统COI的动态模型为:
3coi。B一3coi.A 2 COCOI,B一∞col,A


SMES

考虑发电机组的动态方程,以区域A中第i台 机组为例,应有:
f艿砧。OAAf

号,它们的控制律即本文的研究内容。

协=最(Pm.~-PeA)一静A;n’
式中:文。和∞Ai分别为发电机组的转子角和角速度 对工频速度的偏差;P。A和P“i分别为发电机的机 械功率和电磁功率;M。i为发电机转子的惯性时间 常数;DAi为阻尼系数;(£,。一2nfo(fo一60 Hz)为转 子基准速度;i=1,2,…,NA;NA为区域A内发电 机的总台数。 同样,以区域A为例,定义区域COI的角度和 角速度如下:


一 一‘

A,IOC-(B10)/-(P—zB,。P(生并=一砀=‘,m’匪一

一 Pe,B2、)一



最(P叭=一Pe,A'r)_



NA



卜A 2志蚤帆“i
N。

忐蚤N8哳脚+志蚤NA巩㈨
(2)

【PS=一衰P8+毒现

lcOCOI,A。去蚤MAf㈨
’ⅣA

式中:MAy

∑MA;为区域A

COI惯性时间常数。

根据式(1)、式(2),得到区域A的C01的动态 方程为:

如删 A
如n A



||

一忐 A厂L ∞土“
ⅣA



— P

将其电压维持在合理水平,提高系统的传输能力。’


‰∑剐



●@
式中:P。,Az一≥:P。.砧,为区域A的总机械功率; ;五
P。。能=PLA+P。oSSA+P。。。,为区域A内总的有功功 率消耗,包括该区内的总有功负荷、总有功损耗及净 输出的有功功率。 同理,可推导区域B的COI动态方程。其中: P。.B乏=PLB+PLossB—Pin,P.m为区域B净输入的有 功功率,且Pt。一P。i。一Pmn+Ps,其中,P。i。为联络线 上的有功功率,Ps为SMES装置的有功功率输出。 采用文献[5]所提出的双CSI并网结构后, SMES装置的有功和无功输出控制均可用一阶环节 表示如下: 一6一

x甘广m一警≥‰1.一]
rzl一z2

【王。:。+△

万   方数据

?运行可靠性与广域安全防御?



康,等

基于超导储能装置的联络线功率控制

假设互联系统中各发电机组满足如下关系:

取口一一z1--klz2--k222,k2>O,则

患≈寇全矶

识=一klz:一kzz:+Z223

(12)

患≈患誓
DA≈DB全DAB 式中:历AB为区域COI相对运动的等效阻尼系数。 因此有:


最后,取整个系统的完整Lyapunov函数如下:

V—u+专z;+帮2

(13)

式中:乒一函一∥,为参数估计误差,函为对模型误差
驴的动态估计值,∥为模型误差的上界,即∥= max(’b,扩),∥3>0是对≯的初始估计值;),为给定
的正常数。 对式(12)两边求导得:

2最(p一一p—p一)一彘(声一一 PLA一声一)+(彘+彘)p啦一 最户s—DAs(叫c。Ⅶ一10C讲.A)

矿一一klz;一k2z;一k3z;+z3(z2+k323十

V+△一&)+争乒
f£一归
J函一尢zs叫一盯(函一扩)]
I硼:tanh


(14)

2控制器设计
反步法最早由文献[11]于1996年提出,目前已 经成为设计自适应鲁棒控制器的主要方法之一,获 得了广泛的应用n2。43。该方法能够同时考虑被控系 统中存在不确定参数、未建模动态以及有界的外部 扰动等情况,将推导控制律与构造Lyapunov函数 相结合,在进行控制器设计的同时证明控制律的有 效性。本文采用反步法设计SMES装置有功环节 的鲁棒控制器,无功环节采用比例控制对SMES装 置的接入节点进行就地补偿,控制其电压维持在合 理水平,提高系统的传输能力。 首先给出反步法的一个重要引理: 引理1 V£>0,VU∈R,以下不等式成立: 0≤l


取v一一2z—k。翩+d一卢,其中k。>o,卢是对△ 的补偿项。将v代入式(14)并取如下参数:

(15)

z_L


式中:盯和s为给定的正常数。 利用引理l经过简单推导可以证明:

矿≤一∑kiz;一导乒2+A 式中:A=号∥+导(妒一∥)2。
取f—min{2k1,2k2,2k3,盯y),则有: 矿≤一fy+A 具有如下性质:

(16)

(17)

I—utanh兰≤e善

由式(17)可知,采取上述控制方案后,闭环系统 1)函数V将按指数率衰减并收敛至|D=a/c。

式中:善为满足筝一e-(‘-+1’的一个正常数。 然后,对系统模型(式(6))进行坐标变换:
fzt—zt

2)状态变量2,~z。,函一致最终有界。
(7)

.{z2=.272+klzl


3)对于任意给定常数,ui>∥一饵,都存在时
间T,使得V T≤£≤cx3,都有I巧it)l≤∥i lj=1,2, 3)。由式(7):I z1(f)I≤户;,I z。it)I≤(1+k1)∥。。 所以,z-和zz的收敛性同样可以得到保证。 至此,系统的虚拟控制律推导完毕。由上述推 导可知,SMES装置的有功环节控制输入应为:

【z。:z。一口(z。,z。)

式中:k。为给定的正常数;口为待设计的光滑函数, 且a(o,O)=0,保证系统的平衡点仍为原点。 构造Lyapunov函数: Vl一百1 z; 对其两边求导得: Vl—zlz2一klzi 对式(8)进行如下扩展:
(9) (8)

“。:一三逝『,+D柚(∞∞。.。一∞∞M)一
(彘+最)p血一胡+Ps
式中:

㈣,

V2=Vl+-51-z;
同样,对其两边求导得: V2=一klzi+≈(zl+z3+klX2+口)

(10)

口一最(户一一/;LB--p。OSSn)一

(11)

最(叱=一声。A一声。ossA)
一7一

万   方数据















对于SMES装置的无功环节,采取比例控制方 式对接入节点进行无功补偿,维持其电压在合理水 平,则有:
“2一一TSKvVs+Qs
(19)

内平息振荡,使系统恢复正常运行。

式中:Kv为增益系数;氓为SMES装置接人节点
电压。 对上述控制方案说明如下: 1)控制器的实现所需要的发电机组转子角及转 速通过广域测量系统(WAMS)获得,相应的延时效 应已在建模过程中予以考虑。 2)在下文的仿真测试中,功率的微分通过差分 计算获得,在工程实际中,可以通过跟踪微分器 (TD)来实现。TD的精度高且收敛速度快,其测量 误差可以体现在系统的综合误差△中。 3)在控制器的推导过程中,没有对系统模型进 行任何线性化处理,保留了系统的非线性特性。
≥400
800 f/s

图3发电机组功角振荡曲线
Fig.3 Rotor angle swing
curves

600



仿真研究
针对如图2所示的含有SMES装置的互联电

枣:oo


力系统,利用PSS/E仿真软件所提供的SMES模型 来检验本文提出的控制方案的性能。仿真中机组采 用次暂态模型,并假设各机组的机械功率恒定;励磁 系统采用简单励磁模型;负荷采用恒阻抗模型。系 统参数详见文献[15]。
广 3 -200 O 2 4 t|s 6 8 10

图4联络线功率
Fig.4 Power flow of tie-line

图5为C3控制方案下各机组的机端电压曲

101 I 13 I

萼A
区域
Fig.2

—叫



I卜]I


卜 I I

.SMESt芰置l

肯=
吉三

线。动态情况下各机组的机端电压峰值均未超过 1.2,并且能很快收敛到0.9~1.1的范围内,由此可 见,该方案的实施并未恶化各机组的电压状况。

G2℃,

图2含有SMES装置的互联系统电路
Circuit of interconnected power system including

《嘏卜——————————一


SMES

o摇h广——————————一


I 5



1 2,

仿真中预设故障如下:t一0.5 S时,线路3—101 中的一回靠近节点3处发生三相接地短路故障,经
0.2



s切除故障线路,故障消除。 为了说明本文方案的有效性,仿真中对以下

。躲}i≥iii=吾。
0.8。——————‘——————。‘——————‘——————。—————-一 1.2, ∥s

1.0卜、J—————————————————————r一

3种方案的效果进行了对比:①C1:AVR+PSS控 制;②C2:装设在G2端口处采用传统PI控制的 SMES装置;③C3:本文所提出的控制方案。 图3所示为机组1对机组4的功角摇摆曲线 (最具有代表性)。可以看出,系统装设SMES装置 后,第一摆角大幅减小,且在C3控制方案下,振荡 的收敛速度很快。 图4为联络线上的传输功率。可见,在C3控 制方案下,联络线的功率振荡很小,而且能在短时间

图5
Fig.5

C3控制方案下各机组机端电压
Generator terminal voltages with C3

图6所示为C3控制方案下的系统频率动态特 性。故障切除后,送受端子系统频率分别跟踪各自 的COI运行,在该控制下,两端系统频率首先被拉 回同步,然后逐渐收敛至工频,整个动态过程中保持 在可接受的频率范围内。 图7所示为故障节点处的电压动态特性曲线。 在C3控制方案中,对SMES装置的无功环节采用

万   方数据

?运行可靠性与广域安全防御?



康,等

基于超导储能装置的联络线功率控制

比例控制,对接入节点进行就地补偿,该节点的电压 能够在故障后迅速恢复至合理水平,并且迅速平息 后续振荡,有利于系统暂态稳定的实现。

时滞效应不同、测量数据存在误差等对控制效果的 影响,以及控制器参数的系统性优化方法和上述控 制方案推广至其他多输入多输出的FACTS装置的 可行性。

参考文献
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图7
Fig.7

SMES接入节点电压
Voltages of bus 7

[5]IGLESIAS
optimal
Applied



J,ACERO J.Comparative

study and

simulation of
Trans
on

converter

topologies for SMES systems.IEEE

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在本文的控制器设计中,控制目标是将暂态过 程中的送受端子系统尽快拉回同步,保证互联系统 的同步运行,并不要求直接恢复到工频运行状态,因 此控制方式更加灵活,且利于其他控制器的协调工 作;控制律的推导过程中已经充分考虑了模型误差 及外界扰动,并且不对其提出具体要求,只需有界即 可,控制器在上述误差和扰动下具有鲁棒性;同时, 系统COI的获取依靠WAMS,信号的传输延时效 应也在控制器设计中予以考虑。


[6]关天祺,梅生伟,卢强,等.超导储能装置的非线性鲁棒控制器设 计.电力系统自动化,2001,25(17):卜6.
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including

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C,COONlCK controller

A H,MACDONALD design
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C.Robust with
Trana

damping

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superconducting
on

magnetic

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devices.IEEE

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[8]PAL B C,COONICK
power

H,JAIMOUKHA 1 M,et a1.A
to

linear in

matrix inequality approach

robust damping control design
energy

结语
本文改变了以往将SMES装置装设在发电机

systems with superconducting magnetic
on

storage

device.IEEE Trans

Power

Systems。2000,15(1):356-362.

[9]江全元,程时杰,曹一家,等.基于遗传算法的超导储能装置Hz/ H。鲁棒控制器设计.电力系统自动化,2002,26(12):14-18.
JIANG Quanyuan,CHENG Shijie,CAO Yijia,et a1.A approach of
to genetic

出口处的传统控制策略,而将其用于互联系统中联 络线的功率控制。利用SMES装置与系统灵活的 无功和有功功率交换特性,采用反步法为SMES装 置的有功环节设计了鲁棒控制器,无功环节采用比 例控制,在暂态条件下以较小的控制代价将互联系 统尽快拉回同步,并迅速平息后续振荡,保证系统的 稳定运行。所设计的控制器对系统有界的建模误差 以及外部扰动具有鲁棒性。仿真表明,该控制方案 能够有效提高系统的稳定性,并能迅速平息故障后 出现的联络线功率振荡。 进一步的研究中,需要考虑wAMS传输信号

mixed robust control design

for

SMES.Automation

Electric Power

Systems,2002,26(12):14—18.

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(下转第68页continued

on

page

68)

一9一

万   方数据

2008,32(8)


for













a1.Adaptive on—line estimation of parameters
in

transmission Power

曾祥嚣(1972一),男,博士,教授,院长,童要研究方向; 电力系统微蕊保护冬拨裁。E-maili eexjzeng@csust。edu.
en.

double-termina}fault location。Automation

of Electric

Systems,2000,34(11):26—30.

马洪汹(1972一),男,讲师,史要研究方向:电力系统自 张小丽(1983一),女,通馆镗者,硕出研究生,烹簧研究 方向:电力系统微机保护毒控稍。E-mail:zhangxiaoli222@
163.com

动化。
, .

Power Grid Faults Location with Traveling
zHANG

Wave

Based

on

Hilbert—Huang Transform

Xiaoli。ZENG XiantgJun。MA HongJiang。LI zeⅫcn

(Changsha University of Science and Technology,Changsha 410076,China) Abstract:Identification and detection

of faults traveling wave

are

very

important for power grid faults location。A novel time-
to

frequency analysis method for the traveling wave signals is proposed.Hilbert-Huang transform(HHT)is applied signals.Intrinsic mode

detect the

functions(IMF)of traveling wave
to

are

extracted by the empirical mode

Hilbert transform is used traveling wave
can

calculate the corresponding instantaneous frequency of each

decomposition(EMD),and then IMF component.The arrival time of
not necessary to to

be detected by the instantaneous frequency。Compared with the wavelet transform,it is
one

select parameters in}{HT。and the transform has only
extract

result.Simulation results show that the}{HT is
range

more

exact

the arrival time of traveling wave.and the precision of fault location is in Natural Science Foundation

of practical

acceptance.

This work is supported by National

of China(No.50577001),Fok Ying—Tong Education Natural

Foundation for Young Teachers in the Higher Science Foundation of

Education Institutions of China(No。101058)and Hunan Provincial

China(No.07JJ3110). transform;traveling wave fault location

Key words;Hilbert-Huang transform;instantaneous frequency;wavelet

<"‘'o-cH,<>('oo《>cH:《》c地<’c'(站<>o‘沁(沁(蚺<’oc×》<'c》c婚('(><,o-c蚺<'o《)c,£,c’c,o《”c峙c>(><船C,(’<吣C婚c,o<持CbC略<婚<)()C时<婚oo-C碲(>oCH:“0-牡(岭C岭coo<,o

(上接第9页

continued from page 9)
modulation controller design based on
back-stepping

[123兰溯,甘德强,倪以信,等.电力系统非线性鲁棒自适成分散励 鼹控劐设诗。孛嚣电撬王纛学掇,2006,26(17):1-5。
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LAN

王康(1982一),男,逶售谬磐,薅士霹究生,主要霹霓 方向:电力系统稳定岛控翩。E-mail:wangkangl63@163。
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Zhou,GAN Deqiang,NI Yixin.COI—tracking excitation control
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multi-machine

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洲(1980一),男,博士研究生,主要研究方向:电力

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ZHU I。in,CAI Zexiang,LAN
Zhou,et a1.A robust

系统稳定岛控餐。

甘德强(1966一),男,教授,博士生导师,烹要研究方向{
电力市场放电力系统稳定。

adaptive

Control of Tie-line Power Flow by Nonlinear Robust SMES Controller WANG Kan91一,LAN Zhoul,GAN Deqian91,SHI Libao 2,NI Yixin2 (1.Zhejiang University,Hangzhou 310027,China;
2.National Key Laboratory of Power Systems in

Shenzhen,Tsinghua University,Shenzhen 5 18055,China)

Abstract:A new control
utilizes the flexibility of power flow。The quickly

strategy for superconducting magnetic energy s'torage(SMES)is presented.The control strategy fully SMES in exchanging active and reactive power with power systems in four quadrants to control tie-line
to

objective is

synchronize centre of inertial of sending and receiving subsystems under transient conditions and
to

damp post-fault inter-area oscillation.Back-stepping method is used
output
on a

derive control law for active power

output

of

SMES.ProportionaI control is used for reactive power
bounded external controller
can

Of

disturbances.Computer

test

results

SMES.The designed controller is robust to model errors and four-machine two-area system demonstrate that the presented

effectively damp inter-area oscillation of power systems. supported by Special Fund of the National Basic Research

This work is

Program of China(No。2004CB217900)and

National Natural Science Foundation of China(No.50337010). Key words:superconducting systems

magnetic

energy

storage(SMES);robust control;back-stepping;centre of inertial;power

一68—

万   方数据

基于超导储能装置的联络线功率控制
作者: 作者单位: 王康, 兰洲, 甘德强, 石立宝, 倪以信, WANG Kang, LAN Zhou, GAN Deqiang, SHI Libao, NI Yixin 王康,WANG Kang(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027;清华大学深圳研究生院电力 系统国家重点实验室深圳研究室,广东省深圳市518055), 兰洲,甘德强,LAN Zhou,GAN Deqiang(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市,310027), 石立宝,倪以信,SHI Libao,NI Yixin(清华大学深圳研究生院电力系统国家重点实验室深圳研究室,广东省深圳市,518055) 电力系统自动化 AUTOMATION OF ELECTRIC POWER SYSTEMS 2008,32(8) 0次

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参考文献(15条) 1.林姿峰.闵勇 基于超导储能的电力系统静态安全性在线评估[期刊论文]-电力系统自动化 2003(08) 2.侯勇.蒋晓华.姜建国 基于超导储能的综合电能质量调节装置及其控制策略[期刊论文]-电力系统自动化 2003(21) 3.林姿峰.闵勇 基于超导储能的小扰动动态安全在线评估[期刊论文]-电力系统自动化 2004(18) 4.郑丽.马维新.李立春 超导储能装置提高电力系统暂态稳定性的研究[期刊论文]-清华大学学报(自然科学版) 2001(03) 5.IGLESIAS I J.ACERO J Comparative study and simulation of optimal converter topologies for SMES systems 1995(02) 6.关天祺.梅生伟.卢强 超导储能装置的非线性鲁棒控制器设计[期刊论文]-电力系统自动化 2001(17) 7.PAL B C.COONICK A H.MACDONALD D C Robust damping controller design in power systems with superconducting magnetic energy storage devices 2000(01) 8.PAL B C.COONICK A H.JAIMOUKHA I M A linear matrix inequality approach to robust damping control design in power systems with superconducting magnetic energy storage device 2000(01) 9.江全元.程时杰.曹一家 基于遗传算法的超导储能装置H2/H∞鲁棒控制器设计[期刊论文]-电力系统自动化 2002(12) 10.李艳.程时杰.潘垣 超导磁储能系统的自适应单神经元控制[期刊论文]-电网技术 2005(20) 11.POLYCARPOU M M.IOANNOU P A A robust adaptive nonlinear control design 1996(03) 12.兰洲.甘德强.倪以信 电力系统非线性鲁棒自适应分散励磁控制设计[期刊论文]-中国电机工程学报 2006(17) 13.兰洲.甘德强.倪以信 跟踪COI思想应用于多机系统励磁控制[期刊论文]-电力系统自动化 2006(17) 14.朱林.蔡泽祥.兰洲 TCSC鲁棒自适应控制器的非线性逆推设计[期刊论文]-控制理论与应用 2007(03) 15.KUNDUR P Power system stability and control 1994

相似文献(9条) 1.期刊论文 关天祺.梅生伟.卢强.蒋晓华 超导储能装置的非线性鲁棒控制器设计 -电力系统自动化2001,25(17)
首先讨论了超导储能装置(SMES)建模问题,根据SMES样机实验结果,构造了SMES的二阶鲁棒模型;然后在单机无穷大系统中,得到了含SMES的电 力系统非线性鲁棒模型。进一步,基于反馈线性化方法将系统线性化,再利用线性H∞理论求得SMES的鲁棒控制规律。最后,用数字仿真检验控制规律的 有效性。结果表明在各种工况下,SMES的非线性鲁棒控制器均可使系统在受到大干扰后迅速恢复正常运行,并显著提高系统的暂态稳定极限,从而提高 系统的输电能力。

2.学位论文 关天祺 超导储能设备的非线性鲁棒控制 2001
该文主要致力于研究一种新的FACTS设备——超导储能设备的非线性鲁棒控制.该论文首先简单介绍了柔性交流输电系统和超导储能设备.超导储能设 备(SMES)利用超导线圈存储电能,并通过电力电子器件构成的电能调节系统(PowerConditioningSystem)与电力网络相连接,从而可以从电力系统中吸收或 向其注入功率.其优越的性能使之成为柔性交流输电设备(FACTS)家族的新成员,并可用来提高电力系统的暂态稳定性.其次,该文简要阐述了了非线性鲁棒 控制的基本概念和方法.由于大型复杂电力系统是典型的非线性系统,并且在运行中面对着各种不确定性的影响,如故障,运行模式的变换和测量误差等.基

于此该文用非线性鲁棒控制的方法研究电力系统.

3.会议论文 王康.洪元瑞.辛焕海.甘德强 超导储能装置非线性鲁棒控制器设计 2008
利用反步法设计了超导储能装置的非线性鲁棒控制器,控制目标是调节超导储能装置与系统之间有功及无功功率的交换,驱动发电机组功角和频率 恢复到故障前稳态运行点的极小邻域,机端电压迅速恢复至合理水平,并使闭环系统对建模误差以及外部的有界扰动具有鲁棒性,同时保证控制律可以 分散在本地实现。利用PSS/E对4机2区系统进行的数字仿真表明,采用此方案控制的超导储能装置能够有效提高系统的暂态稳定性,控制效果优于传统的 PI控制。

4.期刊论文 舒乃秋.张新华 超导储能装置变流器控制策略的分析 -华北电力技术2002,""(12)
随着高温超导材料的发现以及电力电子技术的快速发展,超导储能(SMES)装置在电力系统中的应用越来越广泛.超导储能装置的核心问题是对变流器 的控制,为此详细地介绍了超导储能装置中变流器控制策略的原理及特点,并对各种控制策略进行了分析.

5.学位论文 张新华 基于哈密顿理论的超导储能装置控制策略研究 2003
随着电力系统规模的扩大和容量的增加,电力系统的稳定性问题越来越突出,利用传统的电力技术很难有效地解决这一问题。超导储能装置 (SMES)具有零电阻特性和快速响应特性,可以与电网在四象限内独立进行有功功率和无功功率交换,使其在保证电力系统稳定性方面得到广泛的应用。 控制策略的优劣是SMES装置作用能否得以发挥的关键。本课题针对电力系统非线性特点,将仿射非线性电力系统转化为标准的哈密顿系统,提出了两种 新的控制策略并运用其进行了SMES装置有功功率控制器的设计。 第一种策略中,建立了SMES装置的耗散端口受控哈密顿(PCHD)模型,然后,针对外界干扰和参数不确定性,基于受控哈密顿(Hami ltonian)系统理 论,采用非线性自适应L<,2>增益控制设计方法设计了安装SMES装置的单机无穷大系统的自适应L<,2>增益控制器,并且在哈密顿结构的基础上对安装 SMES装置的双机无穷大系统进行了非线性分散无源化控制器的设计。另一种策略中,利用哈密顿能量函数理论进行了SMES装置非线性鲁棒控制器的设计 ,将电力系统表示成带耗散项的广义受控哈密顿系统的形式,讨论了控制器的鲁棒特性。 由于在两种策略的设计过程中未进行任何线性化处理,充分保留了电力系统的非线性特性,所以精度较高。而且利用Matlab进行仿真,证明这两种 控制策略能够有效地抑制干扰,显著改善电力系统的暂态稳定性,并且具有结构简单、较好的鲁棒性和工程实用性等优点。

6.期刊论文 关天祺.梅生伟.徐政 分散励磁与超导储能装置的干扰抑制控制 -电力系统自动化2002,26(1)
提出了一种新的设计多机电力系统中励磁和超导储能装置的分散L2增益干扰抑制控制器的方法.文中首先建立了含超导储能装置的多机电力系统的动 态模型,继而利用递推方法设计励磁和超导储能装置的增益干扰抑制控制器,所得控制器可以利用本地测量量实现.计算机仿真结果说明了所设计的控制器 可以提高系统的暂态稳定性,显著改善系统的动态性能.

7.学位论文 李淑娟 电力系统基于能量的非线性鲁棒和自适应控制 2006
电力系统与人民的生活息息相关,在国民经济发展中举足轻重,人们对它的安全稳定运行提出了更高的要求.随着以大机组、超高压电网为特点的 大规模电力系统的迅速发展,改善系统运行的安全稳定性成为日益重要和紧迫的研究课题.电力系统是一个具有强非线性行为的复杂系统,并含有很多 的未建模动态和不确定性.当系统的运行点改变时系统的动态特性会显著改变.线性控制器很难保证电力系统的控制要求,因此非线性控制在电力系统 中的应用研究越来越受到人们的关注. 广义Hamilton控制系统描述的是一类既有与外部环境能量的交换,又有能量耗散还有能量产生的更为广泛的开放系统.它结构清晰、其物理意义明 确,Hamilton函数是其准Lyapunov函数,该类系统在稳定性分析、镇定控制、Hoo控制等问题中表现出明显的优越性.近几年,Hamilton系统方法(又称 基于能量的控制方法)被广泛地应用于电力系统控制中.我们知道,电力系统是一个能量产生、传输和消耗的复杂系统,其能量平衡在整个系统安全运行 中起至关重要的作用,将能量函数作为Lyapunov函数进行控制设计是很自然的.研究表明,广义Hamilton控制系统不但为电力系统提供了一个恰当的数 学描述;同时,也为电力系统提供了一个新的更为有效的控制途径.广义Hamilton系统已成为研究电力系统的重要工具之一. 目前,Hamilton控制方法在电力系统中的应用主要是处理模型确定和不带扰动的情形.然而,电力系统是一个充满不确定因素的复杂系统,要设计 更可靠、更合理的控制器,必须考虑鲁棒和自适应控制设计. 本论文首先研究结构矩阵中带有摄动的耗散Hamilton系统的控制问题,设计其反馈控制器和L〈,2〉干扰抑制控制器;当系统同时存在参数摄动和 外部干扰时,给出其自适应鲁棒控制器设计.然后,研究电力系统基于能量的鲁棒控制问题,将Hamilton系统的鲁棒控制结果应用于单机无穷大三阶系 统、带汽门开度的四阶系统和五阶系统,分别设计系统带有扰动时的鲁棒控制器,并通过仿真验证控制器的有效性.最后,研究电力系统基于能量的自 适应鲁棒控制问题,分别给出带有扰动及参数摄动的单机无穷大三阶系统、带汽门开度的四阶系统、五阶系统及带有超导储能装置的电力系统的自适应 鲁棒控制器,并通过仿真验证控制器的有效性.

8.期刊论文 刘锋.梅生伟.夏德明.马永健.蒋晓华.卢强 基于超导储能的暂态稳定控制器设计 -电力系统自动化 2004,28(1)
设计了用于提高电力系统的暂态稳定超导储能(SMES)装置的非线性鲁棒控制器,并从数字仿真和动模实验两方面进行了验证.为了简化动态性能分析 和控制器设计,在实验样机的基础上,提出了新的基于电流型变流器的SMES的动态模型,并将其转化为标幺制模型.通过外部干扰的引入,得到了装设SMES的 单机无穷大系统的动态模型,并采用精确线性化方法和线性H∞控制理论设计了SMES的非线性鲁棒控制器.为了验证该控制器的效果,对装设SMES单机无穷 大系统进行了数字仿真和动模实验,并将其与常规PI控制器进行了比较.仿真和实验结果都证明了非线性鲁棒控制器具有良好性能.

9.学位论文 刘锋 基于微分代数模型的电力系统非线性控制 2004
论文从反馈线性化和受控Lyapunov函数两方面讨论了一般的DAE控制系统设计,并将之应用于电力系统基于DAE模型的非线性控制器设计。 论文在理论方面进行的主要工作包括:1.建立了DAE控制系统的状态空间实现理论。该理论将输入输出解耦线性化等一些ODE的几何控制理论推广到 DAE系统下。2.基于输出设计的思想,提出了仿射非线性系统的状态-动态-量测(SDM)混合反馈线性化设计方法。该方法融合了现代信号处理技术,使得 非线性几何控制设计方法具有更强的工程实用性。3.对于半隐式DAE系统,根据Lyapunov稳定性理论研究了基于受控Lyapunov函数的镇定控制、逆最优控 制和鲁棒控制问题。4.给出了具有DAE形式的广义Hamiltonian系统的镇定控制和H∞控制的设计方法,并研究了控制输入限幅对稳定控制及干扰抑制控制 的影响。 实践是检验理论的标准,而应用是研究理论的目的。论文采用理论部分给出的SDM方法设计了水轮机调速系统的非线性控制器。数值仿真、动态模拟 实验及工业现场模拟试验结果均表明,利用该方法设计的非线性优化控制器性能明显优于常规PID控制器,具有很强的工程实用性。论文采用SDM方法设 计了超导储能系统(SMES),用于提高电力系统暂态稳定性的非线性鲁棒控制器,数值仿真和动态模拟实验得到了明显优于常规PID控制器的效果。论文采 用基于受控Lyapunov函数的方法,系统地研究了电力系统结构保留模型基于拓扑能量函数的一般控制设计方法,为已有的一些工作给出了统一的理论框 架。论文采用基于广义Hamiltonian系统的方法,设计了水轮机励磁和调速协调控制律,并对干扰抑制水平、控制器参数的选取和考虑输入限幅的非光滑 性质进行了讨论,数值仿真结果验证了控制策略的有效性。

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