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A reduced-order method for estimating the stability region of power systems with saturated controls

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Science China(Technological Sciences) 2007年第5期50卷 585-605页

作者： gan deqiang XIN HuanHai QIU JiaJu HAN ZhenXiang Department of Electrical Engineering Zhejiang University Hangzhou 310027 China Department of Electrical Engineering Zhejiang University Hangzhou 310027 China Department of Electrical Engineering Zhejiang University Hangzhou 310027 China Department of Electrical Engineering Zhejiang University Hangzhou 310027 China

In a modern power system, there is often large difference in the decay speeds of transients. This could lead to numerical problems such as heavy simulation burden and singularity when the traditional methods are used to estimate the stability re- gion of such a dynamic system with saturation nonlinearities. To overcome these problems, a reduced-order method, based on the singular perturbation theory, is suggested to estimate the stability region of a singular system with saturation nonlinearities. In the reduced-order method, a low-order linear dynamic system with saturation nonlinearities is constructed to estimate the stability region of the primary high-order system so that the singularity is eliminated and the estimation process is simplified. In addition, the analytical foundation of the reduction method is proven and the method is validated using a test power system with 3 buses and 5 machines.

关键词： saturation nonlinearity, power system stabilizer, linear matrix inequality, singular perturbation method, reduced-order method

Coordinated Robust PID-based Damping Control of Permanent Magnet Synchronous Generators for Low-frequency Oscillations Considering Power System Operational Uncertainties

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Journal of Modern Power Systems and Clean Energy 2024年第4期12卷 1042-1051页

作者： Rehan Sadiq Zhen Wang Chi Yung Chung deqiang gan Cunzhi Tong College of Electrical Engineering Zhejiang UniversityHangzhou 310058China The Hong Kong Polytechnic University Hong KongChina State Grid Zhejiang Electric Power Company Hangzhou 310007China

In recent years, with the growth of wind energy resources,the capability of wind farms to damp low-frequency oscillations(LFOs) has provided a notable advantage for the stabilityenhancement of the modern power grid. Meanwhile, owingto variations in the power system operating point (OP), thedamping characteristics of LFOs may be affected adversely. Inthis respect, this paper presents a coordinated robust proportional-integral-derivative (PID) based damping control approachfor permanent magnet synchronous generators (PMSGs)to effectively stabilize LFOs, while considering power system operationaluncertainties in the form of a polytopic model constructedby linearizing the power system under a given set ofOPs. The proposed approach works by modulating the DC-linkvoltage control loop of the grid-side converter (GSC) via a supplementaryPID controller, which is synthesized by transformingthe design problem into H-infinity static output feedback(SOF) control methodology. The solution of H-infinity SOF controlproblem involves satisfying linear matrix inequality (LMI)constraints based on the parameter-dependent Lyapunov functionto ensure asymptotic stability such that the minimal H-infinityperformance objective is simultaneously accomplished forthe entire polytope. The coordinated damping controllers forthe multiple wind farms are then designed sequentially by usingthe proposed approach. Eigenvalue analysis confirms the improveddamping characteristics of the closed-loop system forseveral representative OPs. Afterward, the simulation results, includingthe performance comparison with existing approaches,validate the higher robustness of the proposed approach for awide range of operating scenarios.

关键词： Permanent magnet synchronous generator(PMSG) low-frequency oscillation(LFO) proportional-integralderivative(PID) robust control H-infinity static output feed-back control linear matrix inequality(LMI)

Market Incentive Index for Studying Equilibrium Between Vertically Linked Oligopolistic Electricity and Fuel Markets

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电力系统自动化 2015年第2期39卷 81-86页

作者： Yong LU deqiang gan Di WU John N. JIANG College of Electrical Engineering Zhejiang University Hangzhou 310027 China School of Electrical and Computer Engineering The University of Oklahoma Norman 73019 USA

A new index, called the market incentive index is proposed for studying the equilibrium between fuel and electricity markets. Firstly, a game theoretic model with a monopolistic upstream fuel market and an oligopolistic downstream electricity market is introduced. It is a simple model that can represent strategic interactions between the two vertically linked markets. Secondly, the market equilibrium is studied for deriving out the index, in which interaction relationships between the two markets are explained analytically with three lemmas and demonstrated with numerical examples. Based on the three preceding lemmas, the market equilibrium is further studied by the index. The study shows that, even for the very complicated interactions between fuel producers and electricity producers, some insights on the market equilibrium can be developed with the index. The index-based method can be used as a very intuitionistic way to study the impact of fuel price on the market equilibrium. Thus, it is a new useful method for analysis of strategic behaviors in the equilibrium.

关键词：电力市场燃料生产寡头垄断激励垂直链接 game理论相互作用

多馈入电力系统广义短路比:多样化新能源场景

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中国电机工程学报 2020年第17期40卷 5516-5526页

作者：辛焕海甘德强鞠平浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

新能源经电力电子设备接入电网的规模需要适应电网强度,否则存在振荡风险,但新能源设备动态差异性以及新能源设备间的强相互作用导致准确度量电网强度存在挑战。该文从系统小干扰稳定的角度探索利用广义短路比指标度量电网强度的方法。... 详细信息

新能源经电力电子设备接入电网的规模需要适应电网强度,否则存在振荡风险,但新能源设备动态差异性以及新能源设备间的强相互作用导致准确度量电网强度存在挑战。该文从系统小干扰稳定的角度探索利用广义短路比指标度量电网强度的方法。首先,建立了多馈入电力系统的线性化模型,给出了其闭环系统特征方程。其次,基于特征值摄动理论,证明了多样化新能源馈入系统(异构系统)的主导特征轨迹可由等效同构多馈入系统的主导特征轨迹来近似这一结论。最后,将同构系统中定义的广义短路比推广到异构系统,并给出了广义短路比的两种等价定义和广义短路比临界值的计算方法。研究表明,广义短路比在同构和异构多馈入系统中的定义是一致的,其临界值可以通过构造等效的单馈入系统解析计算或者通过半实物仿真实验得到。算例验证了所提分析方法的有效性。

关键词：多馈入系统小干扰稳定广义短路比电网强度

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跟踪COI思想应用于多机系统励磁控制

电力系统自动化 2006年第17期30卷 14-18页

作者：兰洲甘德强倪以信浙江大学电气学院浙江省杭州市310027 香港大学电机电子工程学系

针对多机电力系统,提出了发电机功角和频率以动态跟踪系统惯量中心(COI)为目标的励磁控制思想。在该思想下,各发电机的功角按一定距离动态追踪系统COI功角的变化,而各发电机的频率则动态追踪系统COI频率的变化。相比于当前绝大多数以原... 详细信息

针对多机电力系统,提出了发电机功角和频率以动态跟踪系统惯量中心(COI)为目标的励磁控制思想。在该思想下,各发电机的功角按一定距离动态追踪系统COI功角的变化,而各发电机的频率则动态追踪系统COI频率的变化。相比于当前绝大多数以原运行点为发电机调节目标的控制思想而言,文中所提出的思想的主要特点在于它是利用系统的动态COI信号来将各发电机拉向同步,系统将根据实际情况稳定于某一可接受的频率,而不是局限于工频。在相同的发电机模型基础上,建立了2种不同思想下的控制系统模型,并给出了采用相同方法设计的鲁棒控制器。最后采用2区4机系统进行了动态仿真,以比较这2种鲁棒控制器以及自动电压调节器+电力系统稳定器(AVR+PSS)励磁系统在提高电力系统暂态稳定性方面的控制功效。

关键词：励磁鲁棒控制电力系统暂态稳定惯量中心

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基于μ方法的电力系统非均匀时滞稳定域分析

电力系统自动化 2009年第21期33卷 7-11,18页

作者：刘梅招辛焕海甘德强浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

用具有结构复值不确定性的反馈系统描述线性时不变非均匀时滞系统,用μ的D-scaled上界、线性分式变换和扫频法求解非均匀时滞系统在时滞空间中的稳定域,提出μ分析框架下判断单时滞系统稳定的充要条件和多时滞系统稳定的充分条件。该方... 详细信息

用具有结构复值不确定性的反馈系统描述线性时不变非均匀时滞系统,用μ的D-scaled上界、线性分式变换和扫频法求解非均匀时滞系统在时滞空间中的稳定域,提出μ分析框架下判断单时滞系统稳定的充要条件和多时滞系统稳定的充分条件。该方法具有保守性小、计算简单的优点,单时滞、多时滞和含非均匀通信时滞的电力系统稳定器(PSS)系统算例验证了其有效性。

关键词：非均匀时滞结构奇异值扫频法时滞极限线性分式变换

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基于求偿权的电力碳排放权多准则分配机制

电网技术 2016年第2期40卷 419-424页

作者：梅天华谢俊甘德强浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 南京邮电大学先进技术研究院江苏省南京市210023

公平性是碳排放权初始分配的首要问题,但满足所有公平原则的公平方案是不存在的。在我国,受机组核准制影响,核准发电小时对应的机组碳排放权是其天然权利。运用基于权利的分配理论,对机组初始碳排放权的公平分配进行了研究。通过应用加... 详细信息

公平性是碳排放权初始分配的首要问题,但满足所有公平原则的公平方案是不存在的。在我国,受机组核准制影响,核准发电小时对应的机组碳排放权是其天然权利。运用基于权利的分配理论,对机组初始碳排放权的公平分配进行了研究。通过应用加总原理和投票选举机制,解决了不同机组对碳排放权分配公平的争议。通过应用迭代机制,解决了选举分配中的有效性问题,证明了所提出的分配机制下的博弈均衡和有效性定理,并对迭代选举分配中的"独裁性"问题进行了讨论。最后结合电力碳排放权分配的实例,表明所提模型可以满足公平分配的主要原则,并易于被各参与人接受。

关键词：低碳电力碳排放权多准则公平分配电力市场

考虑连锁故障风险的交直流混联系统容量最优分配

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电网技术 2013年第9期37卷 2492-2499页

作者：屠竞哲甘德强辛焕海汪震中国电力科学研究院北京市海淀区100192 浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

将交直流混联系统的连锁故障风险与交直流容量最优分配这2方面结合考虑的研究迄今未见报道,旨在研究考虑连锁故障风险的交直流容量最优分配问题,作者进行了交直直流容量最优分配问题的初步分析和数学建模,提出了连锁故障蒙特卡洛仿真算... 详细信息

将交直流混联系统的连锁故障风险与交直流容量最优分配这2方面结合考虑的研究迄今未见报道,旨在研究考虑连锁故障风险的交直流容量最优分配问题,作者进行了交直直流容量最优分配问题的初步分析和数学建模,提出了连锁故障蒙特卡洛仿真算法和交直流容量最优分配隐式枚举算法,对修改的IEEE 39算例系统进行了计算,求得使系统连锁故障与大停电风险最小的交直流容量分配最优解,分析了各种因素对交直流容量最优分配的影响。结果说明交直流混联系统的交直流容量分配存在一个比例均衡的最优方式,而应用所提方法可以从连锁故障与大停电的角度对此进行定量计算,这将为电力系统的实际规划运行提供一定的参考。

关键词：交直流混联系统交直流容量分配连锁故障大停电

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联网分布式发电系统规划运行研究

电力系统自动化 2007年第11期31卷 26-31页

作者：陈琳钟金倪以信甘德强浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 香港大学电机系清华港大深圳电力系统研究所广东省深圳市518055

分布式发电(DG)与输电网联合供电成为电力系统发展趋势。输电系统与DG联合供电的规划、运行分析对满足可靠性条件下的经济供电尤为重要。文中针对远离发电中心、与输电系统弱连接的配电系统,为了满足负荷增长要求,以DG投资费用和向输电... 详细信息

分布式发电(DG)与输电网联合供电成为电力系统发展趋势。输电系统与DG联合供电的规划、运行分析对满足可靠性条件下的经济供电尤为重要。文中针对远离发电中心、与输电系统弱连接的配电系统,为了满足负荷增长要求,以DG投资费用和向输电网购电费用最小为优化目标,分别对输电网正常运行且价格固定、考虑停运状态和实时电价3种典型输电网情况下联网DG系统进行规划。通过应用启发式算法,得到了各种情况下系统最优供电方案。根据不同情况下系统运行性能分析,定量讨论了输电网停运、实时电价以及可再生能源随机发电对分布式电源类型、容量等规划运行结果的影响,优化结果体现了联网DG系统联合供电优势。

关键词：分布式发电最优规划启发式算法蒙特卡罗仿真

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