序言
原 书 序



  电压稳定性是电力系统关注的重点,最近许多由于电压失稳造成的停电事故也证实了这一点。输电系统中,由于可再生能源发电系统[主要是风力发电系统(WTGS)以及光伏发电(Photovoltaic,PV)单元]的接入,电压失稳的问题可能变得更加突出。异步发电机(IG)以恒无功模式运行,而PV单元以单位功率因数运行。除非可再生能源发电机的工作方式发生变化,否则需要额外的无功补偿装置以保持良好的电压稳定裕度。配电系统中,随着分布式电源渗透率的提高,发电机和异步电动机负荷距离过近引起了新的动态现象— ——电压振荡。在配电网中安装无功补偿装置并配置适当的控制器可以减轻分布式发电的大部分不利的动态影响。本书全面涵盖了提高输配电系统电压稳定裕度所涉及的内容。



大多数情况下,将更先进的可再生能源接入至现有输电系统中并不需要做出重大改动,只需在并网之前进行全面的分析以检查集成可再生能源的可行性。分析表明,某些情况下并网需要高性能控制和补偿设备,以使系统能够从严重的系统扰动中恢复正常。本书中首先介绍了未来电力系统中可能出现的动态电压失稳问题,随后提出了一种新型鲁棒控制器来说明其可提高电力系统稳定性。



本书的第一部分为案例研究,以介绍由风力发电机和PV单元的动态特性引起的不同类型的短期和长期动态电压失稳的发展情况。此外,还对系统性质的变化及其动态特性所引发的关键问题进行了研究,这些问题会限制风力发电机和柔性交流输电系统(FACTS)设备大规模的接入。



基于单机无穷大系统的动态特性,电力行业中固定结构控制器的调整相当常见,例如比例-积分(Proportional-Integral,PI)控制器。这种方法非常实用,但这些控制器无法使无功补偿装置和可再生能源发电机充分发挥作用以实现故障恢复,需要采用新型控制器,以使所有装置能够完全参与故障恢复,从而使补偿装置的额定功率保持在较低水平,提高它的承受能力。本书详细介绍了鲁棒控制器的设计和实现,以提高稳定性,同时降低故障恢复所需补偿装置的额定功率。



鲁棒控制器的设计中,选择如何在设计过程中获取关于未建模动态的知识非常重要。部分详细信息,如未建模动态的 “规格”用于鲁棒控制设计。众所周知,“规格”较小的未建模动态可使控制器的性能更优。本书的第二部分介绍了一种用于限制未建模非线性动态的方法,并设计了一种励磁控制,用于增强具有重要异步电动机负荷的电力系统中的大扰动电压稳定性。此部分介绍了一种新的技术,可以获取兴趣区域中系统的完整非线性特性。用线性和非线性项重新阐述非线性电力系统模型。非线性项是泰勒级数展开式中的柯西(Cauchy)余项,本书中使用它的界限进行鲁棒控制设计。



本书的第三部分是鲁棒控制器的设计,这些控制器在严重干扰期间可以增强恒速异步发电机(FSIG)的低电压穿越(LVRT)能力。使用结构和非结构不确定性描述的控制算法专门针对不同工况下故障系统的稳定设计。此部分介绍了一种可用于设计双馈异步发电机(DFIG)的线性控制器的方法,该控制器的鲁棒性足以适应故障后的低压条件,还分析了光伏控制器之间可能存在的负交互作用,并设计了一个鲁棒控制器来减少不必要的交互。在鲁棒控制设计中,将非线性动态和控制交互部分作为干扰项进行建模,这确保了控制设计的非互扰鲁棒性。



本书所设计的控制方案的执行,充分满足鲁棒稳定性和性能的标准,并且为一系列测试案例提供了足够的稳定裕度。控制策略的有效性可以通过配有完整非线性模型的装置详细仿真加以验证,也可将设计控制器的性能与传统控制器的性能进行比较。仿真结果表明,使用本书提出的鲁棒控制方法可以提高电力系统的动态电压稳定性和暂态稳定性。





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