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    • 头条新型双馈风电场广域附加阻尼控制器,可有效抑制区间低频振荡
      2021-04-08 作者:马燕峰 霍亚欣 等  |  来源:《电工技术学报》  |  点击率:
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      导语针对互联电网中风电场广域附加阻尼控制抑制区间低频振荡时的时滞问题,华北电力大学电气与电子工程学院的研究人员马燕峰、霍亚欣、李鑫、郑力文、赵书强,在2020年第1期《电工技术学报》上撰文,提出一种基于史密斯预估-自抗扰控制(SP-ADRC)的双馈风电场广域附加阻尼控制器。仿真结果表明所提出的广域附加阻尼控制器能够有效地抑制区间低频振荡。

      风力发电具有间歇性、随机性、可调度性低等不足,大规模风电并网会对电力系统特别是区域性互联电网的安全稳定产生新的威胁。有学者指出,互联电网复杂度的增加会加剧区间低频振荡,甚至会导致系统的解列,引发大面积电网故障。电力系统稳定器(Power System Stabilizer, PSS)是抑制低频振荡的主要措施之一,但仅以本地信号作为输入的PSS对于抑制区间振荡难以取得令人满意的效果。

      广域测量系统(Wide Area Measurement System, WAMS)和同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit, PMU)的应用扩大了控制器输入信号的选取范围,为电力系统实现广域阻尼控制提供了可能,但同时也引入了时滞问题,有学者指出时滞的存在会削弱闭环控制的效果甚至出现恶化。因此有必要考虑时滞的影响。

      时滞的处理方法有两大类。一是考虑时滞影响的鲁棒阻尼控制,使电力系统在可承受的时滞范围内维持稳定。

      • 有学者利用自由权矩阵方法推导了时滞相关稳定性判据,并结合状态观测理论设计了广域阻尼控制器。
      • 有学者基于网络控制系统(Networked Control System,NCS)理论设计考虑时滞的状态反馈控制器,对时滞系统进行阻尼控制。
      • 有学者给出了基于线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)的Lyapunov稳定条件,并设计出具有一定时滞裕度的广域阻尼控制器。
      • 有学者将Lyapunov-Krasovskii泛函理论用于多时滞系统的控制,将镇定问题转换为LMI的可行性问题。
      • 有学者在广域时滞鲁棒控制中考虑了时滞容忍上限和系统阻尼比之间的优化问题。基于LMI的稳定判据是充分条件,具有一定的保守性和复杂性。另外应用于多机系统时,为了避免“维数灾”而采取的对被控对象的近似降阶会降低模型的准确度,从而影响系统的控制效果。二是对时滞环节进行直接补偿。
      • 有学者采用Smith预测方法处理反馈控制中的时滞问题,引入与系统并联的滞后环节,从而使系统的等效传递函数中不包含时滞项。
      • 有学者利用统一Smith预估器消除时滞影响,并采用标准H∞混合灵敏度设计控制器。
      • 有学者将改进Smith预估器引入电力系统广域控制,提高了系统的稳定性。时滞补偿法原理简单,计算方便,但是这种固定补偿时滞的方法,难以适用于不同时滞情况。

      自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)因其不依赖被控对象精确数学模型和对不确定因素估计补偿的优点而备受关注,已广泛应用于电机控制和系统阻尼调节。有学者基于ADRC和非线性控制理论,提出一种抑制火电机组中低频振荡的本地控制方法。有学者分别设计用于光伏并网系统的ADRC控制器和风电场STATCOM附加阻尼控制器,改善了系统阻尼。针对时滞系统,韩京清基于自抗扰技术提出了无视时滞法、阶次提高法、输出预估法和输入预估法四种方法,但只适用于时滞较小的场合。

      针对上述情况,华北电力大学电气与电子工程学院的研究人员,提出将ADRC和Smith预估器相结合的广域电力系统附加阻尼控制器SP-ADRC,利用渐消记忆递推最小二乘法实现时滞的在线估计,以Smith预估器降低时滞环节的影响,保留ADRC控制器对受控模型不敏感的优点。

      新型双馈风电场广域附加阻尼控制器,可有效抑制区间低频振荡

      图1 自抗扰控制器的组成

      新型双馈风电场广域附加阻尼控制器,可有效抑制区间低频振荡

      图2 SP-ADRC控制器框图

      新型双馈风电场广域附加阻尼控制器,可有效抑制区间低频振荡

      图3 新英格兰10机39节点系统

      相比于传统的SP-PID附加阻尼控制,该SP-ADRC附加阻尼控制器可以更好地适应不同的工况,改善系统阻尼,抑制低频振荡。当不考虑时滞影响的ADRC控制器无法维持系统稳定时,考虑时滞影响的SP-ADRC控制器仍然可以有效抑制系统中的区间振荡,多种时滞类型下不改变控制器参数,也验证了控制器的鲁棒性。研究人员以含风电场的新英格兰10机39节点系统为例,验证了所提策略的有效性。

      以上研究成果已发表在2020年第1期《电工技术学报》,论文标题为“考虑时滞影响的双馈风电场广域附加阻尼控制器设计”,作者为马燕峰、霍亚欣、李鑫、郑力文、赵书强。

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