Adaptive Voltage Control in Po

AdapTIve Voltage Control in Power Systems 1 The Voltage Control Problem in Power Systems . . . . . . . . . . . 11.1 IntroducTIon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Power System Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Voltage Control in HV Transmission Systems . . . . . . . . . . . . . . . 41.4 Voltage Control in MV and LV Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.4.1 Voltage Control at Fundamental Frequency . . . . . . . . . . . 71.4.2 Voltage Harmonic DistorTIon Containment . . . . . . . . . . . . 82 System Modeling for Nodal Voltage Regulator Design . . . . . 112.1 IntroducTIon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.2 Voltage Control Device Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2.1 Synchronous Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2.2 Static VAr Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2.3 Active and Hybrid Shunt Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.3 Power System Equivalent Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.3.1 Frequency Domain Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3.2 Time Domain Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Voltage and Current Phasor Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.1 Techniques Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.1.1 Off-line Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.1.2 On-line Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.2 Kalman Filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.2.1 State-space Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.2.2 Estimation Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.2.3 Convergence and Stability Properties . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Self-tuning Voltage Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2 Indirect Self-tuning Voltage Regulator Design . . . . . . . . . . . . . . . 384.2.1 Recursive Least-squares Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 xiv Contents4.2.2 Pole-assignment Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.2.3 Pole-shifting Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454.2.4 Generalized Minimum Variance Pole-assignment Design 484.2.5 Numerical Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544.3 Direct Self-tuning Voltage Regulator Design . . . . . . . . . . . . . . . . 634.3.1 Pole-assignment Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.3.2 Generalized Minimum Variance Pole-assignment Design 724.3.3 Numerical Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.4 Properties of the Recursive Least-squares Algorithm . . . . . . . . . 785 Model-reference Adaptive Voltage Regulators . . . . . . . . . . . . . 875.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 875.2 Direct Model-reference Adaptive Voltage Regulator Design . . . 885.2.1 Model-reference Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.2.2 Adaptive Law Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 905.2.3 Numerical Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 945.3 Indirect Model-reference Adaptive Voltage Regulator Design . . 975.4 Properties of the Adaptive Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 995.4.1 Convergence Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 995.4.2 Robustness Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1026 Adaptive Nonlinearities Compensation Technique . . . . . . . . . 1096.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1096.2 Thevenin Circuit Parameters Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1106.3 Adaptive Voltage Regulator Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1146.3.1 Synchronous Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1146.3.2 Static VAr Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1196.3.3 Active and Hybrid Shunt Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1236.3.4 Numerical Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1286.4 Optimization Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138A Computer Models and Topology of Networks . . . . . . . . . . . . . . 141A.1 High-voltage Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141A.1.1 Computer Models of Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141A.1.2 Simulated Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147A.1.3 Network Equivalent Time Domain Model . . . . . . . . . . . . . 148A.2 Industrial Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150