广域电力系统稳定器阻尼控制系统综述及工程应用展望(2)

　　４、控制器设计

　　广域ＰＳＳ阻尼控制器的设计方法是一个重要的研究领域，传统的移相补偿控制，以及模糊控制、神经网络智能控制、鲁棒控制等多种控制技术都被用于广域阻尼控制器的设计。

　　４．１常规参数设计

　　在目前的研究中，通常使用２级ＰＳＳ设计。中的广域ＰＳＳ控制系统由本地ＰＳＳ和广域ＰＳＳ构成，使用功角差Δδ作为广域ＰＳＳ的反馈信号。设计的广域ＰＳＳ的通道包含３个环节：隔直环节、相位补偿环节和放大倍数环节。其关键参数有２个，即相位补偿度和增益。Ｋ值确定了ＰＳＳ产生的阻尼大小，一般该增益设定为对应最大阻尼下的值；Ｔｐ为隔直时间常数，一般给定５～１０ｓ；Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４则用于补偿相位，可基于Ｐｒｏｎｙ辨识法得出，并结合经验值，在实验和工程中根据实际效果予以修正。近年来，广域ＰＳＳ控制器设计的研究主要集中在计及时滞的广域ＰＳＳ控制和在线自适应广域ＰＳＳ控制方面。

　　４．２时滞广域阻尼控制器设计

　　由于实际的广域ＰＳＳ阻尼控制工程中不可避免地会存在时滞，而且存在多时滞及变时滞，时滞对于控制的影响不可忽略。近年来，众多研究集中在广域阻尼控制器设计中时滞的分析和处理方面。计及时滞广域阻尼控制器的设计思路一般可分为两种：一种是补偿法，即在设计控制器时对时滞进行补偿；另一种是时滞鲁棒控制器法，即设计具有足够时滞稳定裕度的控制器或对一定范围内的时滞不是很敏感的控制器。采用多项式预测补偿法来补偿时滞，因为ＷＡＭＳ的数据中带有高精度时标，可以通过对比数据包内的发送时刻及接收该数据包的时刻得出延时，该方法计算快，精度依赖于具体预测模型及算法。使用相位超前／滞后补偿法补偿系统时滞。基于广义预测控制对控制参数进行预测。采用史密斯预估器来补偿滞后环节，并设计了采用广域测量信号的阻尼控制器，史密斯预估器的控制效果在很大程度上取决于对时滞的准确估计，且对于系统参数的变动十分敏感。提出了一种基于网络化预测控制的广域阻尼控制器设计方法，使用网络延迟补偿器补偿固定和随机通信延迟。针对广域工程的应用实际，采用分段补偿法来补偿时滞。

　　在时滞不敏感控制器设计方面，采用Ｐａｄｅ逼近法近似信号时滞，去掉状态空间中的时滞项，设计了考虑ＷＡＭＳ时滞的广域控制器。针对未知时延的非线性控制系统，采用Ｌｙａｐｕｎｏｖ－Ｋｒａｓｏｖｓｋｉｉ理论设计了一种自适应的神经输出反馈的控制器。分析了线性多时滞系统的时滞稳定域的拓扑性质，并根据其拓扑性质设计了对时滞的异步变化不敏感的广域阻尼控制器。提出一种基于直接迭代法的电力系统广域附加区间阻尼控制器设计方法，所设计的阻尼控制器具有一定的时滞不敏感性。提出一种采用时滞广域测量信号的电力系统阻尼控制器设计方法，实现了广域电力系统的时滞输出反馈鲁棒控制。基于鲁棒的控制器是在牺牲部分控制效果的基础上获取控制器对一定范围内时滞的不敏感性，但未从根本上解决时滞的影响，且鲁棒控制器的设计依赖于被控对象的模型，难以直接用于工程实际中。

　　４．３在线参数自适应调整

　　目前的广域ＰＳＳ控制研究中，有些研究集中在离线的固定参数设计上。实际上，在网络结构和运行方式发生变化时，离线设计的参数有时会变得不合适，甚至影响系统控制性能，对于规模较小的控制系统（如省内模式）的影响则更为显著。而自适应阻尼控制能在线调整控制器参数，跟踪系统运行方式的变化，有望解决固定参数阻尼控制器的适应性问题。提出一种基于在线辨识的自适应广域ＰＳＳ控制算法，根据改进的Ｐｒｏｎｙ算法在线分析，得到目标振荡模式的阻尼比，据此调整移相环节参数。但Ｐｒｏｎｙ算法的缺点是算法复杂，计算结果对数据窗的选取太灵敏，在实际应用中，实测数据必然会存在由于各种原因造成的小误差，导致即使是同一次低频振荡的数据，随着时间窗的不同，也可能会得到不同的分群结果。而且实测数据表明，电网内因各种原因持续存在类似噪声信号的小幅波动。

　　针对南方电网广域阻尼系统的应用，提出一种在线的快速Ｐｒｏｎｙ算法，能够根据实时曲线判定系统振荡模式并传送给控制器的自适应环节，已用于广域工程实践。提出一种ＡＲＭＡＰｒｏｎｙ（ＡＲＭＡ－Ｐ）方法，并对这种类噪声信号进行了处理。研究了基于类噪声信号辨识的广域自适应阻尼控制系统，提出了基于ＡＲＭＡ模型的在线闭环辨识方法，并在此基础上实现了广域自适应阻尼控制器设计，避免了离线模型参数误差及控制器适应性不足的问题。ＲＴＤＳ仿真证明了此方法的有效性。基于时滞补偿的广域控制器参数设计，原理简单、计算实时性好，且ＷＡＭＳ系统数据中提供时标，时滞补偿法具有工程实用价值。总体看来，基于补偿的时滞处理设计、快速的Ｐｒｏｎｙ改进算法，仍将是未来较长一段时间内广域ＰＳＳ阻尼控制工程设计的主要方法。

　　５、广域ＰＳＳ阻尼控制系统研究前瞻

　　经过多年研究，广域ＰＳＳ控制系统开始走向实用阶段。实际的广域ＰＳＳ控制工程是一个非常复杂的大控制系统，目前公认最接近实际电力系统的是ＲＴＤＳ系统，而受实验条件所限，国内只能在南方电网仿真所等个别地方进行大规模电网系统的ＲＴＤＳ仿真，且机时昂贵，因此，目前国内外众多文献的研究及仿真主要集中在简单的电力系统控制方面，对复杂电力系统的广域ＰＳＳ控制研究相对不足。随着广域ＰＳＳ控制走向工程实际应用，针对复杂电力系统的广域ＰＳＳ研究显得尤为重要，其中包含下列课题需要格外关注。

　　５．１广域ＰＳＳ的时滞稳定性分析和控制

　　现有关于电力系统时滞稳定和计及时滞稳定的广域控制的研究对象大多基于小系统（如四机系统等），对于实际大系统而言，如何找到合理的算法，克服系统维数增大所带来的计算量增加问题，是一项十分有意义的工作。此外，目前的时滞研究大都基于将系统线性化建模后，利用经典的控制理论分析计算系统的时滞稳定域及控制。虽然在研究电力系统的小扰动稳定时可以采用线性化模型代替原非线性电力系统，但这只是一个近似研究，因为本质上电力系统是一个非线性控制系统，如何利用非线性控制系统方面的理论来加深对复杂电力系统的时滞稳定性研究，是一个有意义的课题。

　　５．２多广域ＰＳＳ的设计及相互影响协调

　　电力系统的模式分析和实际运行表明，低频振荡中起主要作用的有几个主导振荡模式，各振荡模式的特点不同，因此，针对各振荡模式设计的广域ＰＳＳ各有不同。一般是根据实际情况的需要，针对不同的振荡特点设计不同策略的控制器。同时，为了提高系统的稳定性能，在现代电力系统中，控制器的数量和复杂程度都在持续增加。相邻控制器之间的相互作用可能会对整个系统的稳定造成不良影响。为了消除或降低控制器之间的交互影响，对系统中多个或多种控制器进行协调，不仅可以改善控制性能，而且可以避免不希望的交互作用。多广域ＰＳＳ的设计及其协调也是目前需要研究的课题之一。目前国内已有学者开始了相关的研究，并取得了一定的成果。在南方电网广域ＰＳＳ阻尼控制系统项目中，也对该问题进行了实验仿真和探讨。

　　５．３广域ＰＳＳ工程中面临的问题

　　在广域ＰＳＳ工程化应用中，还有很多问题需要进一步探索。例如：现有算法实时性的问题，尽管许多广域ＰＳＳ控制相关算法在仿真平台及离线分析上证明了其有效性，但由于算法的复杂度过高，其工程实用性还有待证明；系统投切时机的选择及投运条件是运行人员主要关注的问题，为进一步增加工程的鲁棒性，必须选择合适的投切时间，针对此问题进行了初步研究。针对系统防误问题，若控制系统因各种原因误动，则必须采取防误逻辑以保证系统的可靠性，针对南方电网“多直流协调控制系统”中的防误逻辑进行了阐述，在广域ＰＳＳ控制工程中，类似的措施也是必要的。

　　６、结语

　　本文针对国内外的广域ＰＳＳ控制及工程应用进行了研究，分别就广域ＰＳＳ控制系统的分析建模、反馈信号和控制地点的选择、时滞及时滞稳定性分析、控制器设计等几个主要方面进行了阐述，并指出了上述各方面在广域ＰＳＳ实际应用中的情况。

　　由于工程实际面对的是复杂的非线性控制大系统，鉴于此，对广域ＰＳＳ控制未来的研究方向作出了展望，并提出了几个研究内容，分别是复杂电力系统下的广域ＰＳＳ时滞稳定性分析和控制研究、多广域ＰＳＳ的设计及相互影响协调研究、广域ＰＳＳ工程中面临的问题，旨在启发研究思路，促进该领域研究的进一步发展。

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