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电力系统自动化 2007年第2期31卷 5-11页

作者：贾宏杰尚蕊张宝贵天津大学电气与自动化工程学院天津市300072 天津市电力公司技术中心天津市300016

时滞稳定裕度定义为一个系统在保证小扰动稳定的前提下系统可承受的最大延时值。确定电力系统的时滞稳定裕度对于合理利用相量测量装置/广域测量系统数据、设计广域稳定控制器具有重要意义。文中介绍了一种求解动力系统时滞稳定裕度的... 详细信息

时滞稳定裕度定义为一个系统在保证小扰动稳定的前提下系统可承受的最大延时值。确定电力系统的时滞稳定裕度对于合理利用相量测量装置/广域测量系统数据、设计广域稳定控制器具有重要意义。文中介绍了一种求解动力系统时滞稳定裕度的有效方法,它首先利用Rekasius变换,将时滞系统的特征方程由一个超越方程变换为普通多项式,并保证在临界特征值处Rekasius变换前后方程完全等效;进一步利用Routh判据确定时滞系统的临界特征值和相应的特征频率;最后借助单机无穷大系统验证了该方法的有效性。计算中发现:当负载和励磁放大系数增大时,单机无穷大系统的时滞稳定裕度会降低;而发电机的阻尼系数对系统时滞稳定裕度的影响则较为复杂,需要进一步加以研究。

关键词：小扰动稳定时滞稳定裕度时滞动力系统电力系统

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基于时滞稳定裕度的柔性直流系统高频稳定性分析

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电力系统及其自动化学报 2022年第5期34卷 125-135页

作者：张芳杨丰瑜姚文鹏智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津300072

近年来,长链路延时导致的高频振荡现象在实际柔性直流输电系统工程中频繁发生。为了探究高频振荡的产生机理及影响因素,从时滞系统小扰动稳定性的角度研究柔性直流输电系统的高频稳定性,推导建立了考虑延时的柔性直流输电系统数学模型,... 详细信息

近年来,长链路延时导致的高频振荡现象在实际柔性直流输电系统工程中频繁发生。为了探究高频振荡的产生机理及影响因素,从时滞系统小扰动稳定性的角度研究柔性直流输电系统的高频稳定性,推导建立了考虑延时的柔性直流输电系统数学模型,利用Rekasius变换直接精确求取了系统的时滞稳定裕度。基于系统的时滞稳定裕度,定量分析了内环电流和锁相环参数以及有功、无功功率变化对柔性直流输电系统高频稳定性的影响。最后,利用电磁暂态仿真模型验证了理论分析的正确性。

关键词：柔性直流输电系统高频振荡时滞系统时滞稳定裕度 Rekasius变换

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一种电力系统时滞稳定裕度的简便求解方法

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电力系统自动化 2008年第1期32卷 6-10页

作者：董存余晓丹贾宏杰吉林省电力有限公司调度中心吉林省长春市130021 天津大学电力系统仿真控制教育部重点实验室天津市300072

在保证小扰动稳定前提下,电力系统可承受的最大时滞称为时滞稳定裕度。给出了一种快速求解时滞稳定裕度的有效方法,它通过在有限区间内追踪一组复矩阵的特征轨迹来确定位于虚轴上的系统关键特征值,进而确定其时滞稳定裕度。该方法不对... 详细信息

在保证小扰动稳定前提下,电力系统可承受的最大时滞称为时滞稳定裕度。给出了一种快速求解时滞稳定裕度的有效方法,它通过在有限区间内追踪一组复矩阵的特征轨迹来确定位于虚轴上的系统关键特征值,进而确定其时滞稳定裕度。该方法不对时滞系统特征方程超越项进行任何形式变换,适用于大规模时滞系统稳定裕度的求解。最后借助单机无穷大系统和WSCC-3机9节点系统,对单一和双时滞情况下的系统时滞稳定裕度进行了分析,验证了该方法的有效性。

关键词：小扰动稳定时滞稳定裕度时滞动力系统电力系统

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电力系统时滞稳定裕度研究

电力系统时滞稳定裕度研究

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作者：尚蕊天津大学

学位级别：硕士

现代电力系统规模庞大,结构复杂,大量功率需要远距离传输,运行点日益接近其稳定极限,系统失稳威胁不断加大,因此安全稳定问题一直是电力系统研究领域的热点。近年来,基于GPS技术的PMU/WAMS(Phasor Measurement Unit/ Wide Area Measurem... 详细信息

现代电力系统规模庞大,结构复杂,大量功率需要远距离传输,运行点日益接近其稳定极限,系统失稳威胁不断加大,因此安全稳定问题一直是电力系统研究领域的热点。近年来,基于GPS技术的PMU/WAMS(Phasor Measurement Unit/ Wide Area Measurement System)系统得到迅猛发展,它具有监视电力系统大范围动态过程,测量全局状态的能力,可大大提高系统的可观性,非常适合大范围电网的协调监控。但WAMS系统数据存在明显延时,可达几十毫秒到数百毫秒,因此科学评估WAMS数据延时对电力系统稳定性分析和控制器设计的影响,具有重要的理论意义和现实价值。本文主要讨论了求解电力系统时滞稳定裕度(Delay Margin)的方法,时滞稳定裕度定义为在保证小扰动稳定前提下,系统能够容忍的最大延时量。本文主要工作如下: 首先,简单回顾了非时滞动力系统和时滞动力系统的小扰动稳定性分析理论,推导了多时滞微分-代数方程的特征方程。时滞的存在导致电力系统特征方程变为超越方程,增加了特征值求解和稳定性分析的难度。其次,给出了一种求解动力系统时滞稳定裕度的有效方法,它利用Rekasius变换,首先将时滞系统的特征方程由一个超越方程变换为普通多项式,并保证在临界特征值处Rekasius变换前后方程完全等效。进一步利用Routh判据确定时滞系统的临界特征值和特征频率,并经Rekasius反变换确定系统的时滞稳定裕度。最后,利用单机无穷大系统和WSCC-3机9节点系统两个算例,验证了本文算法的有效性。同时在研究中发现,在考虑时滞影响后,负载系数和励磁放大系数增大均导致系统的时滞稳定裕度降低,而系统阻尼水平与时滞稳定裕度之间的作用关系较为复杂。

关键词：时滞稳定裕度小扰动稳定时滞系统电力系统 Hopf分岔

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一种电力系统时滞稳定裕度快速求解方法

一种电力系统时滞稳定裕度快速求解方法

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作者：贾宏杰董朝宇姜懿郎姜涛王蕾 300072 天津市南开区卫津路92号

本发明公开了一种电力系统时滞稳定裕度快速求解方法，以Jordan标准变换、Taylor级数分离和Schur模型降阶三个步骤为核心，重构新的时滞系统，降低系统维数。该方法首先将时滞系统模型用Jordan标准变换进行处理；进一步将Taylor级数展... 详细信息

标准号: CN106099921A

本发明公开了一种电力系统时滞稳定裕度快速求解方法，以Jordan标准变换、Taylor级数分离和Schur模型降阶三个步骤为核心，重构新的时滞系统，降低系统维数。该方法首先将时滞系统模型用Jordan标准变换进行处理；进一步将Taylor级数展开的思想应用到含有时滞状态变量和不含时滞状态变量的分离过程中；再利用Schur模型降阶方法实现均衡模型截断；最后，利用多时滞的WSCC‑3机9节点电力系统对所提出发明方法分别在几种典型判据下进行验证。本发明通过简化系统模型，大幅降低时滞稳定裕度的求解时间，完成电力系统时滞稳定裕度的快速求解，解决多维、多时滞系统求解困难的问题，扩大了稳定判据的应用范围。

关键词：求解时滞稳定裕度电力系统标准变换模型降阶时滞系统状态变量判据时滞简化系统模型分离过程级数展开降低系统均衡模型三个步骤再利用截断多维维数重构应用验证

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一种电力系统时滞稳定裕度快速求解方法

一种电力系统时滞稳定裕度快速求解方法

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作者：贾宏杰董朝宇姜懿郎姜涛王蕾 300072 天津市南开区卫津路92号

标准号: CN106099921B

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多区域时滞电力系统稳定判据的优化

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控制理论与应用 2018年第7期35卷 994-1001页

作者：刘云平王皖东梅平张永宏南京信息工程大学信息与控制学院江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044

在大规模互联电力系统进行全网动态分析与控制的过程中,通信时滞的存在易导致动力系统产生控制设备失效、系统性能恶化及失稳等现象.而现有时滞系统稳定判据的研究多基于Lyapunov分析方法,研究过程中需采用不等式放缩及构造Lyapunov泛函... 详细信息

在大规模互联电力系统进行全网动态分析与控制的过程中,通信时滞的存在易导致动力系统产生控制设备失效、系统性能恶化及失稳等现象.而现有时滞系统稳定判据的研究多基于Lyapunov分析方法,研究过程中需采用不等式放缩及构造Lyapunov泛函,使得稳定判据具有较高保守性,增加了系统的控制成本.针对这一问题,本文以多区域时滞电力系统为研究对象,通过引入Wirtinger不等式优化稳定判据推导过程和构造新的Lyapunov泛函两种方式,降低系统稳定判据的保守性.最后,利用典型的二阶时滞系统和两区域负荷频率控制系统,验证了本文算法的正确性和有效性.

关键词：时滞系统 Wirtinger不等式稳定判据 Lyapunov稳定性时滞稳定裕度

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时滞电力系统稳定性分析与网络预测控制研究

时滞电力系统稳定性分析与网络预测控制研究

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作者：姚伟华中科技大学

学位级别：博士

随着互联电力系统规模和复杂度的不断增加,基于就地反馈信号的控制器越来越难以保证互联电力系统的稳定性。信息处理和网络通信技术的迅猛发展和在电力系统的应用,尤其是同步相量技术和广域测量系统的应用,给电力系统的监控提供了使用... 详细信息

随着互联电力系统规模和复杂度的不断增加,基于就地反馈信号的控制器越来越难以保证互联电力系统的稳定性。信息处理和网络通信技术的迅猛发展和在电力系统的应用,尤其是同步相量技术和广域测量系统的应用,给电力系统的监控提供了使用全局信息的可能。而在广域测量系统中,广域信息是通过通信网络传输的,这将不可避免地存在信息的通信延迟问题。通信延迟使得电力系统成为时滞电力系统,它的存在降低了电力系统的稳定性甚至使其变得不稳定。本文针对时滞电力系统的稳定性和控制进行了相应的分析研究。论文在回顾时滞电力系统的时滞产生原因以及其稳定分析和控制研究现状的基础上,指出了时滞电力系统稳定分析和控制的主要难点。针对时滞电力系统的特点,采用时变时滞相关稳定性判据对时滞电力系统进行稳定分析,并将可以补偿网络延迟的网络预测控制应用于时滞电力系统的控制。全文由以下几个部分组成：首先分别介绍了基于自由权矩阵的保守性小的线性单时变时滞系统和线性多时滞系统的稳定性判据,并给出了采用线性矩阵不等式求解线性时滞系统时滞稳定裕度的两种方法。简要给出了网络预测控制系统的基本结构,分别给出了基于受控自回归滑动平均模型和基于受控自回归积分滑动平均模型的两种网络预测控制算法。该方法在改进的广义预测控制的基础上,增加了网络延迟补偿器来补偿通信延迟。与传统的广义预测控制只利用一步控制信号相比,该网络预测控制不仅利用了全部的预测控制信息,还同时能够补偿固定和随机通信延迟。其次,研究了含有一个广域阻尼控制器的电力系统时变时滞相关稳定性问题。利用单时变时滞稳定判据计算了含有广域阻尼控制器的电力系统的时滞稳定裕度。计算表明,时滞稳定裕度可以用来整定广域阻尼控制器的参数,以保证系统在有足够大时滞稳定裕度的同时也有较好的阻尼效果。再次,分别用单时滞相关和多时滞稳定性判据对采用常规PI控制器的单区域和两区域负荷频率控制系统进行时滞相关稳定性分析。研究了PI控制器增益和时滞稳定裕度之间的关系,并采用时域仿真的方法验证了时滞相关稳定性判据的有效性。第四部分,设计了一种基于受控自回归积分滑动平均模型网络预测负荷频率控制的策略,并对三区域负荷频率控制系统进行了仿真研究,在仿真中考虑了发电机组功率速率约束的影响,仿真结果验证了本文所提出的负荷频率控制策略的有效性,且该控制器结构简单,便于在线实现。第五部分,提出了一种基于网络预测控制的广域阻尼控制器的设计方法。预测模型采用带变遗忘因子的递归最小二乘法在线辨识获得。四机两区域电力系统的仿真结果表明,基于网络预测控制的广域阻尼控制器能够有效地补偿固定和随机通信延迟的影响。此外,该广域阻尼控制器还具有算法和结构简单、易于在线实现的优点。最后,以含有静态无功补偿器(SVC)的新英格兰电力系统为例,通过对系统线性模型的可控／可观度分析,选择SVC的常规附加阻尼控制器的广域输入信号,采用留数法计算得出其参数。在此基础上,用时滞相关稳定性判据分析了含有SVC的常规附加阻尼控制器电力系统的时滞稳定性,根据分析结果设计了考虑时滞影响的SVC附加阻尼控制器。仿真结果表明,考虑时滞影响的SVC附加阻尼控制器不仅能够有效地阻尼系统区域间低频振荡而且可以增强系统的时滞鲁棒性。

关键词：时滞电力系统广域测量系统广域阻尼控制器时滞稳定裕度负荷频率控制网络预测控制静止无功补偿器通信延迟

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时滞电力系统的小扰动稳定分析与负荷频率控制

时滞电力系统的小扰动稳定分析与负荷频率控制

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作者：张传科中南大学

学位级别：博士

现代电力系统往往需要开放式通信网络进行信息的传输,这类网络可实现大范围和大数据量的信息交换,为从全局角度分析和控制电力系统提供了可能,但基于该网络传输的信息不可避免地存在时滞,它会影响系统性能甚至导致系统失稳,在电力系统... 详细信息

现代电力系统往往需要开放式通信网络进行信息的传输,这类网络可实现大范围和大数据量的信息交换,为从全局角度分析和控制电力系统提供了可能,但基于该网络传输的信息不可避免地存在时滞,它会影响系统性能甚至导致系统失稳,在电力系统的分析和控制中需考虑这些时滞的影响。时滞系统的理论研究已经得到了大量学者的关注,并提出了一系列分析和设计方法,但将这些方法用于解决实际工程问题的研究还较少,现代时滞电力系统为理论研究提供了应用平台,可验证这些方法的有效性,并探讨这些方法的改进方向以更好地处理实际问题。本文针对时滞电力系统的小扰动稳定性和负荷频率控制开展研究,在解决这些电力系统实际问题的同时也对时滞系统理论进行完善。本文的主要研究成果如下：（1）基于自由权矩阵的电力系统时滞相关小扰动稳定分析方法针对含时变时滞电力系统的小扰动稳定分析问题,指出现有基于频域研究存在的问题,即错误地认为定常时滞和时变时滞的时滞稳定裕度是一样的,基于Lyapunov直接法获得的时滞相关稳定判据,提出一种基于自由权矩阵的电力系统时滞相关小扰动稳定分析方法。该方法适用于更常见的时变时滞和随机时滞。针对安装不同励磁控制器的单机无穷大系统,利用所提方法计算时滞稳定裕度,分析励磁控制器相关参数与时滞稳定裕度的关系,为控制器的选择提供参考依据。（2）基于改进自由权矩阵的单区域电力系统PID型负荷频率控制的时滞相关鲁棒稳定分析方法针对单域电力系统PID型负荷频率控制（Load Frequency Control,LFC）的稳定分析问题,建立同时考虑通信时滞和参数不确定性的结构不确定性时滞系统模型,提出一种基于改进自由权矩阵的时滞相关鲁棒稳定分析方法。该方法相比传统方法具有更低保守性且更容易计算。针对安装PI或PID控制器的单区域LFC,利用所提方法分析控制器增益和参数不确定性与系统时滞稳定裕度的关系,讨论如何利用求得的时滞稳定裕度指导控制器设计（3）基于新型泛函和积分不等式的互联电力系统PID型LFC的时滞相关稳定分析方法针对互联电力系统多区域PID型LFC的稳定分析问题,考虑各控制区域问联络线的功率交换,结合单区域系统模型,分别建立传统环境和现代市场化环境下的多时滞系统模型,提出一种基于新型泛函和积分不等式的多时滞相关稳定分析方法。该方法基于更低保守性且更简单的稳定判据,可获得更准确的分析结果,更适合于研究具有高维数的大规模电力系统。针对两区域和三区域的PID型LFC,利用所提方法计算时滞稳定裕度,分析不同控制区域间时滞的相互影响,获得系统的稳定域,并探讨如何根据获得的稳定域对实际LFC的某些运行条件进行预设置。（4）基于时滞相关H∞输出反馈控制的电力系统PID型鲁棒LFC设计方法针对考虑通信时滞和负荷波动的电力系统PID型鲁棒LFC设计问题,采用负荷扰动描述不同控制区域间功率交换的耦合部分,建立基于静态输出反馈控制的时滞系统模型,提出一种基于时滞相关H∞输出反馈控制的设计方法。该方法利用改进自由权矩阵方法获取控制器的设计条件,其时滞相关性和H∞性能可分别保证系统对时滞和负荷扰动的鲁棒性;同时,该方法采用先计算后验证的步骤给出一种求解输出反馈控制器增益的新算法,为解决时滞系统输出反馈控制设计难题提供一种可行思路。针对三区域系统,利用所提方法设计LFC的PID控制增益,使对应的闭环系统在存在时滞、负荷扰动和参数不确定性时仍能很好地实现LFC的控制目标。（5）基于样本数据的控制系统分析与设计及其在电力系统离散LFC中的应用针对基于Lyapunov直接法的采样控制系统分析与设计问题,提出从弱化泛函正定约束条件来降低分析保守性的新思路,获得更有效的稳定性分析方法;同时,基于先计算后验证的控制器求解步骤,提出改进的参数设定控制器求解算法。针对电力系统实际LFC的反馈信号非连续更新问题,利用所提方法验证现有基于状态反馈的控制策略是否可工作于离散模式;同时,利用所提方法设计基于状态反馈的离散LFC,使基于非连续更新反馈信号的闭环系统仍可很好地实现LFC控制目标。

关键词：时滞电力系统时变时滞小扰动稳定负荷频率控制时滞稳定裕度 Lyapunov直接法

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基于广域测量信号的电力系统暂态稳定预测及时滞稳定域研究

基于广域测量信号的电力系统暂态稳定预测及时滞稳定域研究

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作者：刘兆燕浙江大学

学位级别：博士

基于同步相量测量和现代通信技术的广域测量系统（Wide Area MeasurementSystem,WAMS）可以提供电力系统多个节点的同步信号,这些广域信号均是实时测得的,具有较高的精度和可信度。广域信号在精度和速度上的提高给暂态稳定预测的实用化... 详细信息

基于同步相量测量和现代通信技术的广域测量系统（Wide Area MeasurementSystem,WAMS）可以提供电力系统多个节点的同步信号,这些广域信号均是实时测得的,具有较高的精度和可信度。广域信号在精度和速度上的提高给暂态稳定预测的实用化带来了新进展,出现了一些基于WAMS实测数据的电力系统暂态稳定预测的新方法。同时,WAMS也为广域控制带来了新的契机,然而广域信号的时滞对电力系统小扰动稳定性的影响不可忽略,确定电力系统保持小扰动稳定所能承受的最大时滞对于合理利用WAMS数据、评估广域控制效果具有重要意义。本文研究了广域测量信号在电力系统稳定性分析中的应用,重点在基于WAMS的暂态稳定预测和计及广域信号时滞的电力系统时滞稳定域评估两方面进行了研究。全文主要包括以下几个部分: 简要介绍了WAMS的基本概念以及在电力系统中的应用,综述了电力系统暂态稳定分析的传统方法以及WAMS为电力系统暂态稳定分析带来的新思路。总结了WAMS的时滞特性以及广域电力系统时滞现象的研究现状。提出了一种基于WAMS的快速暂态稳定预测算法。该方法在从WAMS获得的实时广域测量信号的基础上,采用了一种在机器人领域被广泛应用的抓球算法,利用粒子群优化算法对该算法进行优化,可以快速预测故障后各发电机的转子角,根据发电机转子角偏离系统的惯性中心是否超过一定的角度可以判断该发电机是否与系统失去同步。预测的结果可用于在线失稳预警或就地控制,测试系统的仿真结果证明了该方法的有效性。研究了广域信号时滞对电力系统小扰动稳定性的影响。首先介绍了时滞动力系统的模型以及稳定性,将计及广域信号时滞的电力系统模型建模为时滞微分代数方程组,然后分析了时滞电力系统的小扰动稳定性,最后通过实例研究了广域信号的时滞对电力系统小扰动稳定性的影响。基于特征根聚类处理法进行了单时滞电力系统时滞稳定裕度的研究。首先介绍了具有单时滞反馈信号的电力系统模型和时滞稳定裕度的定义,然后引入了特征根聚类处理法来求解单时滞电力系统的时滞稳定裕度,该方法通过Rekasius变换将系统特征方程在虚轴上转化为多项式方程,利用传统的Routh判据得到了系统不稳定特征根个数在复平面的分布情况,进而得到了系统的时滞稳定裕度。该方法可以准确求解各种单时滞系统的时滞稳定裕度,最后用时域仿真验证了结果的准确性。针对具有单输入反馈控制的单时滞电力系统,提出了一种求解时滞稳定裕度的简便方法。该方法将含有指数项的特征方程在虚轴上转化为多项式方程进行研究,无需任何中间变量代换,处理方法简单,计算量小。利用该方法得到了测试系统的时滞稳定裕度,并且研究了励磁系统参数的变化对系统时滞稳定裕度的影响,最后通过与其他方法的比较和时域仿真验证了该方法的有效性。基于改进的特征根聚类处理法进行了多时滞电力系统时滞稳定域的研究。首先介绍了一种研究多时滞电力系统时滞稳定域的特征根聚类法,然后引入了Building Block的概念作为特征根聚类法的基础,简化了系统时滞稳定域的求解。对装设TCSC控制器的测试系统进行了多时滞稳定域研究,得到了系统在时滞空间内的稳定区域,最后通过对原系统进行的时域仿真验证了该方法是有效的。

关键词：广域测量系统暂态稳定预测广域控制时滞时滞稳定裕度时滞稳定域特征根聚类法

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