Nonlinear Control Synthesis for Electrical Power Systems Using Controllable Series Capacitors

در این کار ما قوانین کنترل تثبیت کننده مجانبی را برای سیستم‌های قدرت الکتریکی با استفاده از دو تکنیک سنتز کنترل غیرخطی استخراج می‌کنیم.
برای این مشکل تثبیت گذرا، محرک در نظر گرفته شده
یک دستگاه الکترونیکی قدرت، یک خازن سری قابل کنترل (CSC) است.
سیستم قدرت با استفاده از دو مدل غیرخطی مختلف - معادله نوسان مرتبه دوم و مدل شار-واپاشی مرتبه سوم توصیف شده است.

برای شروع، CSC با مدل تزریق مدل‌سازی می‌شود که بر اساس این فرض است که دینامیک CSC در مقایسه با دینامیک سیستم قدرت بسیار سریع است و از این رو می‌توان آن را با تقریب تقریبی کرد. یک معادله جبری در اینجا، با نادیده گرفتن دینامیک CSC، بردار ورودی $g(x)$ در سیستم حلقه باز شکل پیچیده ای به خود می گیرد - مدل تزریق. با استفاده از این مدل، روش شناسی مبتنی بر انفعال مبتنی بر اتصال و تخصیص میرایی (IDA-PBC) بر روی دو سیستم قدرت نشان داده شده است: یک سیستم اتوبوس بی نهایت ماشین (SMIB) و یک سیستم دو ماشین.
بعلاوه، IDA-PBC برای استخراج کنترل کننده های تثبیت کننده برای سیستم های قدرت استفاده می شود، که در آن دینامیک CSC به عنوان یک سیستم مرتبه اول گنجانده شده است.

بعد، ما یک روش کنترل متفاوت، غوطه وری و تغییر ناپذیری (I\&I) را برای سنتز یک قانون کنترل تثبیت کننده مجانبی برای سیستم SMIB با یک CSC در نظر می گیریم. CSC توسط یک سیستم مرتبه اول توصیف می شود. به عنوان تعمیم I\&I، ما محدودیت‌های جبری موازنه توان را در گذرگاه بار به معادله نوسانی
SMIB وارد می‌کنیم و فلسفه طراحی را به یک کلاس از سیستم‌های جبری دیفرانسیل گسترش می‌دهیم. نتیجه پیشنهادی سپس در مثال دیگری نشان داده می‌شود: یک سیستم
دو ماشینی با دو باس بار و یک CSC. عملکرد کنترلر از طریق شبیه سازی برای همه موارد تایید می شود.

In this work we derive asymptotically stabilizing control laws for
electrical power systems using two nonlinear control synthesis techniques.
For this transient stabilization problem the actuator considered is
a power electronic device, a controllable series capacitor (CSC).
The power system is described using two different nonlinear models - the second order swing equation and the third order flux-decay model.

To start with, the CSC is modeled by the injection model which is
based on the assumption that the CSC dynamics is very fast as compared to the dynamics of the power system and hence can be approximated by an algebraic equation. Here, by neglecting the CSC dynamics, the input vector $g(x)$ in the open loop system takes a
complex form - the injection model. Using this model, interconnection and damping assignment passivity-based control (IDA-PBC)
methodology is demonstrated on two power systems: a single machine infinite bus (SMIB) system and a two machine system.
Further, IDA-PBC is used to derive stabilizing controllers for power systems, where the CSC dynamics are included as a first order system.

Next, we consider a different control methodology, immersion and invariance (I\&I), to synthesize an asymptotically stabilizing control law for the SMIB system with a CSC. The CSC is described by a first order system. As a generalization of I\&I, we incorporate the power balance algebraic constraints in the load bus to the
SMIB swing equation, and extend the design philosophy to a
class of differential algebraic systems. The proposed result is then demonstrated on another example: a two-machine
system with two load buses and a CSC. The controller performances are validated through simulations for all cases.