基于FACTS裝置的阻尼控制器設(shè)計及控制策略研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)互聯(lián)程度的提高和運(yùn)行方式的多樣性，電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制變得日益復(fù)雜。FACTS控制器是增強(qiáng)輸配電系統(tǒng)的可控性和靈活性，提高運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的有效技術(shù)手段。隨著FACTS裝置在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，研究FACTS裝置的控制方法以及FACTS裝置的協(xié)調(diào)控制問題具有重要的意義。第一，互聯(lián)電網(wǎng)的增多使得大系統(tǒng)之間的功率振蕩現(xiàn)象時有發(fā)生，系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性問題更為突出。基于FACTS裝置的阻尼控制器設(shè)計及

2、阻尼控制策略的研究成為重要的研究領(lǐng)域。第二，F(xiàn)ACTS裝置能夠?qū)崿F(xiàn)電壓控制、潮流控制、無功補(bǔ)償、阻尼振蕩等多種功能，其阻尼控制策略需要考慮對其他控制目標(biāo)的影響，即單個控制器的多目標(biāo)協(xié)調(diào)問題。第三，隨著電力系統(tǒng)中控制器數(shù)量和種類的增多，控制器之間的交互影響可能會影響彼此的控制效果，在設(shè)計控制器時應(yīng)予以考慮，即多個控制器的協(xié)調(diào)控制問題。 生物免疫系統(tǒng)中蘊(yùn)涵著豐富而高效的信息處理機(jī)制，可以有效地處理人體內(nèi)部和外界環(huán)境的各種擾動和不確定

3、性情況，是復(fù)雜的自適應(yīng)系統(tǒng)。工程中的控制問題與免疫系統(tǒng)的應(yīng)答過程有許多相似之處，免疫調(diào)節(jié)機(jī)制和基于免疫網(wǎng)絡(luò)的多抗原多抗體協(xié)調(diào)機(jī)制對于FACTS控制器的設(shè)計和協(xié)調(diào)控制有很強(qiáng)的啟發(fā)性和借鑒意義。 本文主要圍繞基于FACTS裝置的阻尼控制器設(shè)計以及基于人工免疫調(diào)節(jié)機(jī)制的FACTS裝置的控制策略來開展工作，全文包括以下幾部分內(nèi)容： 第一部分用轉(zhuǎn)矩分析和能量函數(shù)分析兩種方法分別解釋了FACTS阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩的原理，并提出了相

4、應(yīng)的阻尼控制策略。首先，在電力系統(tǒng)線性化模型的基礎(chǔ)上，分析了安裝FACTS裝置前后發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的變化，從阻尼轉(zhuǎn)矩分析的角度說明了抑制功率振蕩的原理。然后，定義了區(qū)域間功率振蕩的能量函數(shù)，它的大小可以看作是系統(tǒng)在動態(tài)過程中偏離事故后穩(wěn)定平衡點(diǎn)的程度，其值越小，說明系統(tǒng)越逼近穩(wěn)定狀態(tài)。分析了功率振蕩過程中能量函數(shù)的變化，提出了衰減振蕩能量的阻尼控制策略，目的是使系統(tǒng)暫態(tài)能量以最快的速度歸零，即回到故障后的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。并提出了SVC和TC

5、SC兩種常用的FACTS裝置的阻尼控制策略。 第二部分采用：Prony分析辨識系統(tǒng)傳遞函數(shù)，用補(bǔ)償留數(shù)相位的方法設(shè)計FACTS阻尼控制器，提出了輸入信號的選擇方法。在應(yīng)用Prony方法對電力系統(tǒng)仿真信號進(jìn)行分析的過程中，選取特定形式的小擾動作為輸入信號，根據(jù)對應(yīng)的輸入、輸出信號中包含的模態(tài)的關(guān)系，推導(dǎo)出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。根據(jù)傳遞函數(shù)可以得到系統(tǒng)的主導(dǎo)振蕩模式及留數(shù)等信息，避免了復(fù)雜的特征值分析。在此基礎(chǔ)上采用補(bǔ)償留數(shù)相位的方法設(shè)計

6、阻尼控制器，配置控制裝置的內(nèi)部參數(shù)。針對區(qū)域間振蕩在不同的運(yùn)行方式下，兩區(qū)域間的功率傳輸可能為雙向的，提出了輸入信號的選擇不但要考慮留數(shù)模的大小，還要考慮在不同的運(yùn)行方式下留數(shù)相位的變化，以保證控制的魯棒性。并提出了根據(jù)傳輸功率水平調(diào)整控制器增益的方法。所提出的設(shè)計方法，不涉及控制裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，適應(yīng)性強(qiáng)，避免了復(fù)雜的特征值計算，易于實(shí)現(xiàn)。仿真研究表明，用Prony分析辨識得到的系統(tǒng)模型與實(shí)際系統(tǒng)的幅頻、相頻特性一致，適合用于阻尼控制器

7、的設(shè)計。對TCSC阻尼控制器和SVC阻尼控制器阻尼區(qū)域間功率振蕩進(jìn)行時域仿真研究，仿真結(jié)果表明在各種運(yùn)行方式下，都能夠有效的抑制振蕩，有較強(qiáng)的魯棒性。與固定值增益的阻尼控制器相比，采用在線調(diào)節(jié)增益的控制器有更好的阻尼控制效果，特別是在輕載的情況下，阻尼的改善更為明顯。 第三部分基于免疫調(diào)節(jié)機(jī)制設(shè)計了人工免疫控制器和免疫：FACTS控制器，實(shí)現(xiàn)了阻尼控制與基本控制目標(biāo)(電壓控制、潮流控制等)的雙重控制目標(biāo)的協(xié)調(diào)控制。分析了生物系統(tǒng)

8、的免疫應(yīng)答過程中T細(xì)胞的調(diào)節(jié)機(jī)制，和免疫應(yīng)答的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)控制問題的特點(diǎn)加以改進(jìn)，設(shè)計了人工免疫控制器，研究了控制器參數(shù)的作用。模擬T細(xì)胞在免疫應(yīng)答不同階段的作用，構(gòu)造了反饋調(diào)節(jié)函數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)和控制效果，通過反饋進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)單個控制器的雙重控制目標(biāo)的協(xié)調(diào)。結(jié)合衰減振蕩能量的控制策略，將人工免疫控制方法用于FACTS阻尼控制器的設(shè)計。以TCSC和SVC免疫阻尼控制器為例，進(jìn)行仿真研究，結(jié)果表明在有效阻尼功率振蕩的同時，保證

9、了TCSC的潮流控制，SVC的電壓控制的效果，實(shí)現(xiàn)了控制器多控制目標(biāo)的協(xié)調(diào)。 第四部分介紹了獨(dú)特型免疫網(wǎng)絡(luò)，以及在此基礎(chǔ)上的多抗原多抗體之間的協(xié)調(diào)作用機(jī)制，提出了多個控制器的協(xié)調(diào)控制策略。首先，借鑒免疫系統(tǒng)中對不同抗原的免疫應(yīng)答具有不同的響應(yīng)強(qiáng)弱，提出抗原耦合控制策略，在多變量控制系統(tǒng)中，根據(jù)不同控制通道對于系統(tǒng)總體控制性能影響的大小，調(diào)整控制器的輸入信號，使控制系統(tǒng)能夠盡快消除被控狀態(tài)量的偏差。然后，采用相對增益矩陣方法分析控

10、制器之間的交互影響，若某控制器的閉環(huán)運(yùn)行降低了其他控制器的控制效果，則將前者的輸出視為后者的擾動，借鑒免疫系統(tǒng)中多抗體之間的相互作用原理，提出抗體反饋耦合控制策略。上述兩種控制策略共同構(gòu)成了免疫協(xié)調(diào)控制策略，利用多變量控制系統(tǒng)中各控制通道之間內(nèi)在的耦合關(guān)系，實(shí)現(xiàn)多控制器的協(xié)調(diào)控制。采用基于免疫網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)策略，對。TCSC和SVC控制器，以及SVC與勵磁進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，仿真結(jié)果表明與各個控制器單獨(dú)控制相比，免疫協(xié)調(diào)控制能夠提高系統(tǒng)整體的控制