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風(fēng)力發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性、可調(diào)度性低等不足，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)特別是區(qū)域性互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定產(chǎn)生新的威脅。有學(xué)者指出，互聯(lián)電網(wǎng)復(fù)雜度的增加會(huì)加劇區(qū)間低頻振蕩，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的解列，引發(fā)大面積電網(wǎng)故障。電力系統(tǒng)穩(wěn)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(hào)作為輸入的PSS對(duì)于抑制區(qū)間振蕩難以取得令人滿意的效果。

廣域測(cè)量系統(tǒng)（Wide Area Measurement System, WAMS）和同步相量測(cè)量單元（Phasor Measurement Unit, PMU）的應(yīng)用擴(kuò)大了控制器輸入信號(hào)的選取范圍，為電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廣域阻尼控制提供了可能，但同時(shí)也引入了時(shí)滯問(wèn)題，有學(xué)者指出時(shí)滯的存在會(huì)削弱閉環(huán)控制的效果甚至出現(xiàn)惡化。因此有必要考慮時(shí)滯的影響。

時(shí)滯的處理方法有兩大類(lèi)。一是考慮時(shí)滯影響的魯棒阻尼控制，使電力系統(tǒng)在可承受的時(shí)滯范圍內(nèi)維持穩(wěn)定。

• 有學(xué)者利用自由權(quán)矩陣方法推導(dǎo)了時(shí)滯相關(guān)穩(wěn)定性判據(jù)，并結(jié)合狀態(tài)觀測(cè)理論設(shè)計(jì)了廣域阻尼控制器。
• 有學(xué)者基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Networked Control System，NCS）理論設(shè)計(jì)考慮時(shí)滯的狀態(tài)反饋控制器，對(duì)時(shí)滯系統(tǒng)進(jìn)行阻尼控制。
• 有學(xué)者給出了基于線性矩陣不等式（Linear Matrix Inequality，LMI）的Lyapunov穩(wěn)定條件，并設(shè)計(jì)出具有一定時(shí)滯裕度的廣域阻尼控制器。
• 有學(xué)者將Lyapunov-Krasovskii泛函理論用于多時(shí)滯系統(tǒng)的控制，將鎮(zhèn)定問(wèn)題轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)MI的可行性問(wèn)題。
• 有學(xué)者在廣域時(shí)滯魯棒控制中考慮了時(shí)滯容忍上限和系統(tǒng)阻尼比之間的優(yōu)化問(wèn)題。基于LMI的穩(wěn)定判據(jù)是充分條件，具有一定的保守性和復(fù)雜性。另外應(yīng)用于多機(jī)系統(tǒng)時(shí)，為了避免“維數(shù)災(zāi)”而采取的對(duì)被控對(duì)象的近似降階會(huì)降低模型的準(zhǔn)確度，從而影響系統(tǒng)的控制效果。二是對(duì)時(shí)滯環(huán)節(jié)進(jìn)行直接補(bǔ)償。
• 有學(xué)者采用Smith預(yù)測(cè)方法處理反饋控制中的時(shí)滯問(wèn)題，引入與系統(tǒng)并聯(lián)的滯后環(huán)節(jié)，從而使系統(tǒng)的等效傳遞函數(shù)中不包含時(shí)滯項(xiàng)。
• 有學(xué)者利用統(tǒng)一Smith預(yù)估器消除時(shí)滯影響，并采用標(biāo)準(zhǔn)H∞混合靈敏度設(shè)計(jì)控制器。
• 有學(xué)者將改進(jìn)Smith預(yù)估器引入電力系統(tǒng)廣域控制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。時(shí)滯補(bǔ)償法原理簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，但是這種固定補(bǔ)償時(shí)滯的方法，難以適用于不同時(shí)滯情況。

自抗擾控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）因其不依賴被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型和對(duì)不確定因素估計(jì)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，已廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制和系統(tǒng)阻尼調(diào)節(jié)。有學(xué)者基于ADRC和非線性控制理論，提出一種抑制火電機(jī)組中低頻振蕩的本地控制方法。有學(xué)者分別設(shè)計(jì)用于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的ADRC控制器和風(fēng)電場(chǎng)STATCOM附加阻尼控制器，改善了系統(tǒng)阻尼。針對(duì)時(shí)滯系統(tǒng)，韓京清基于自抗擾技術(shù)提出了無(wú)視時(shí)滯法、階次提高法、輸出預(yù)估法和輸入預(yù)估法四種方法，但只適用于時(shí)滯較小的場(chǎng)合。

針對(duì)上述情況，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院的研究人員，提出將ADRC和Smith預(yù)估器相結(jié)合的廣域電力系統(tǒng)附加阻尼控制器SP-ADRC，利用漸消記憶遞推最小二乘法實(shí)現(xiàn)時(shí)滯的在線估計(jì)，以Smith預(yù)估器降低時(shí)滯環(huán)節(jié)的影響，保留ADRC控制器對(duì)受控模型不敏感的優(yōu)點(diǎn)。

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(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)

相比于傳統(tǒng)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(yīng)不同的工況，改善系統(tǒng)阻尼，抑制低頻振蕩。當(dāng)不考慮時(shí)滯影響的ADRC控制器無(wú)法維持系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，考慮時(shí)滯影響的SP-ADRC控制器仍然可以有效抑制系統(tǒng)中的區(qū)間振蕩，多種時(shí)滯類(lèi)型下不改變控制器參數(shù)，也驗(yàn)證了控制器的魯棒性。研究人員以含風(fēng)電場(chǎng)的新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，驗(yàn)證了所提策略的有效性。

以上研究成果已發(fā)表在2020年第1期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“考慮時(shí)滯影響的雙饋風(fēng)電場(chǎng)廣域附加阻尼控制器設(shè)計(jì)”，作者為馬燕峰、霍亞欣、李鑫、鄭力文、趙書(shū)強(qiáng)。