12、现代最优控制在电力系统中抑制次同步振荡的应用

现代最优控制在电力系统中抑制次同步振荡的应用

1. 引言

20世纪70 - 80年代，不同国家发生的多起事件促使人们深入研究汽轮发电机扭转激励的原因，以及受激振荡对电机轴的影响。其中最著名的是1970年和1971年在内华达州莫哈韦电站发生的两起轴故障，这是由次同步谐振（SSR）引起的。固定串联电容器带来的主要问题就是SSR现象，它是补偿输电线路与汽轮发电机轴相互作用的结果，会导致电机轴上产生过高的振荡扭矩，从而造成疲劳和损坏。

扭转相互作用涉及汽轮发电机与电网之间的能量交换，因此对SSR的分析需要同时考虑发电单元的机电动力学和输电网络的电磁动力学。用于SSR研究的动态系统模型比用于稳定性研究的模型阶数更高、刚性更强。本研究采用特征值分析方法，通过线性联立微分方程组对网络和发电机进行建模。描述同步电机和输电网络动态性能的微分和代数方程通常是非线性的，为了进行稳定性分析，可假设扰动较小，将这些方程线性化。小信号分析利用线性技术，能为电力系统的固有动态特性提供有价值的信息，并有助于其设计。

本研究提出了两种创新方法，以提高线性最优控制在缓解电力系统次同步谐振方面的性能。第一种方法是基于将系统状态矩阵的特征值向左半s平面移动，这种控制器是具有确定稳定度的线性最优控制器的扩展，称为扩展最优控制。该设计旨在控制附近汽轮发电机的严重次同步振荡，并在IEEE第二基准模型上进行测试，通过仿真与最优全状态反馈方法进行比较，结果表明该方法能为这些振荡提供更合适的阻尼。

在一些实际应用中，测量所有状态变量既不可能也不经济。因此，本文提出了另一种基于降阶观测器结构的最优状态反馈策略，研究表明线性观测器方法也能缓解电力系统中的次同步振荡（SSO）。所提出的方法应用于IEEE第二基准系统进