- 頭條新型雙饋風電場廣域附加阻尼控制器，可有效抑制區間低頻振蕩2021-04-08 作者：馬燕峰 霍亞欣 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語針對互聯電網中風電場廣域附加阻尼控制抑制區間低頻振蕩時的時滯問題，華北電力大學電氣與電子工程學院的研究人員馬燕峰、霍亞欣、李鑫、鄭力文、趙書強，在2020年第1期《電工技術學報》上撰文，提出一種基于史密斯預估-自抗擾控制（SP-ADRC）的雙饋風電場廣域附加阻尼控制器。仿真結果表明所提出的廣域附加阻尼控制器能夠有效地抑制區間低頻振蕩。
風力發電具有間歇性、隨機性、可調度性低等不足，大規模風電并網會對電力系統特別是區域性互聯電網的安全穩定產生新的威脅。有學者指出，互聯電網復雜度的增加會加劇區間低頻振蕩，甚至會導致系統的解列，引發大面積電網故障。電力系統穩定器（Power System Stabilizer, PSS）是抑制低頻振蕩的主要措施之一，但僅以本地信號作為輸入的PSS對于抑制區間振蕩難以取得令人滿意的效果。
廣域測量系統（Wide Area Measurement System, WAMS）和同步相量測量單元（Phasor Measurement Unit, PMU）的應用擴大了控制器輸入信號的選取范圍，為電力系統實現廣域阻尼控制提供了可能，但同時也引入了時滯問題，有學者指出時滯的存在會削弱閉環控制的效果甚至出現惡化。因此有必要考慮時滯的影響。
時滯的處理方法有兩大類。一是考慮時滯影響的魯棒阻尼控制，使電力系統在可承受的時滯范圍內維持穩定。
- 有學者利用自由權矩陣方法推導了時滯相關穩定性判據，并結合狀態觀測理論設計了廣域阻尼控制器。
- 有學者基于網絡控制系統（Networked Control System，NCS）理論設計考慮時滯的狀態反饋控制器，對時滯系統進行阻尼控制。
- 有學者給出了基于線性矩陣不等式（Linear Matrix Inequality，LMI）的Lyapunov穩定條件，并設計出具有一定時滯裕度的廣域阻尼控制器。
- 有學者將Lyapunov-Krasovskii泛函理論用于多時滯系統的控制，將鎮定問題轉換為LMI的可行性問題。
- 有學者在廣域時滯魯棒控制中考慮了時滯容忍上限和系統阻尼比之間的優化問題。基于LMI的穩定判據是充分條件，具有一定的保守性和復雜性。另外應用于多機系統時，為了避免“維數災”而采取的對被控對象的近似降階會降低模型的準確度，從而影響系統的控制效果。二是對時滯環節進行直接補償。
- 有學者采用Smith預測方法處理反饋控制中的時滯問題，引入與系統并聯的滯后環節，從而使系統的等效傳遞函數中不包含時滯項。
- 有學者利用統一Smith預估器消除時滯影響，并采用標準H∞混合靈敏度設計控制器。
- 有學者將改進Smith預估器引入電力系統廣域控制，提高了系統的穩定性。時滯補償法原理簡單，計算方便，但是這種固定補償時滯的方法，難以適用于不同時滯情況。
自抗擾控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）因其不依賴被控對象精確數學模型和對不確定因素估計補償的優點而備受關注，已廣泛應用于電機控制和系統阻尼調節。有學者基于ADRC和非線性控制理論，提出一種抑制火電機組中低頻振蕩的本地控制方法。有學者分別設計用于光伏并網系統的ADRC控制器和風電場STATCOM附加阻尼控制器，改善了系統阻尼。針對時滯系統，韓京清基于自抗擾技術提出了無視時滯法、階次提高法、輸出預估法和輸入預估法四種方法，但只適用于時滯較小的場合。
針對上述情況，華北電力大學電氣與電子工程學院的研究人員，提出將ADRC和Smith預估器相結合的廣域電力系統附加阻尼控制器SP-ADRC，利用漸消記憶遞推最小二乘法實現時滯的在線估計，以Smith預估器降低時滯環節的影響，保留ADRC控制器對受控模型不敏感的優點。
圖1 自抗擾控制器的組成
圖2 SP-ADRC控制器框圖
圖3 新英格蘭10機39節點系統
相比于傳統的SP-PID附加阻尼控制，該SP-ADRC附加阻尼控制器可以更好地適應不同的工況，改善系統阻尼，抑制低頻振蕩。當不考慮時滯影響的ADRC控制器無法維持系統穩定時，考慮時滯影響的SP-ADRC控制器仍然可以有效抑制系統中的區間振蕩，多種時滯類型下不改變控制器參數，也驗證了控制器的魯棒性。研究人員以含風電場的新英格蘭10機39節點系統為例，驗證了所提策略的有效性。
以上研究成果已發表在2020年第1期《電工技術學報》，論文標題為“考慮時滯影響的雙饋風電場廣域附加阻尼控制器設計”，作者為馬燕峰、霍亞欣、李鑫、鄭力文、趙書強。
