專利名稱：基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種傳遞函數(shù)模角分離理論、等效交流增益法和阻尼比與相位的相對(duì)靈敏度的交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
互聯(lián)大電力系統(tǒng)(Large Scale System)的負(fù)荷容量通常有數(shù)千萬甚至上億千瓦， 供電區(qū)內(nèi)人口通?？蛇_(dá)數(shù)千萬甚至上億，電網(wǎng)內(nèi)成百上千的變電站由成千上萬條交流輸電線路和少量大容量、遠(yuǎn)距離高壓直流輸電系統(tǒng)連接起來，其中還安裝有成百上千臺(tái)發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁系統(tǒng)，帶有分群及關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)特征。然而，大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中各控制系統(tǒng)環(huán)節(jié)的慣性造成信號(hào)傳遞和調(diào)節(jié)滯后，導(dǎo)致互聯(lián)電力系統(tǒng)必然有潛在的自發(fā)振蕩，而且振型繁多， 僅機(jī)電振蕩模式常常論千，而低頻振蕩頻率一般在0.2-2. OHz范圍內(nèi)。當(dāng)所述互聯(lián)電力系統(tǒng)中發(fā)生低頻振蕩時(shí)，會(huì)危及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，限制聯(lián)絡(luò)線輸送功率的能力。至于低頻振蕩是否引發(fā)，引發(fā)后是否衰減，則取決于所述電力互聯(lián)系統(tǒng)各個(gè)振蕩模式的阻尼比，因此，設(shè)法增加阻尼比是抑制低頻振蕩、提高電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的最常用且行之有效的方法。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Power System Stabilizer，PSS)就是專門為增強(qiáng)低頻振蕩阻尼比而設(shè)計(jì)的，是國際大電網(wǎng)會(huì)議首推的用來抑制低頻振蕩最有效的措施，因此，在近年來得到了最廣泛的使用。除此之外，在跨區(qū)域、大容量傳輸有功功率的高壓直流輸電系統(tǒng)中加入其他的阻尼控制系統(tǒng)，例如高壓直流輸電附加控制系統(tǒng)等，也是抑制大區(qū)之間低頻振蕩的行之有效的手段。PSS其實(shí)也是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的一種附加控制功能，勵(lì)磁正常工作以機(jī)端電壓為反饋量，PSS在這個(gè)基礎(chǔ)上加入了以有功功率為主的反饋，也就是在有功發(fā)生振蕩時(shí)為系統(tǒng)增加一個(gè)阻尼比，使振蕩盡快平穩(wěn)。而單獨(dú)一個(gè)電廠投入PSS效果有限，只有互聯(lián)電力系統(tǒng)中的大部分電源點(diǎn)都投入PSS，電網(wǎng)的抗振蕩能力才能顯著提高。而目前在交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，主要是通過現(xiàn)場測試的方式來對(duì) PSS等阻尼控制系統(tǒng)進(jìn)行整定。但是，目前在相當(dāng)多的情況下，現(xiàn)場測試的手段不全、外部條件限制令測試不準(zhǔn)確，廠家模型及參數(shù)存在不可知、不可測和有誤差的問題，PSS等阻尼控制系統(tǒng)的現(xiàn)場整定是很難達(dá)到工程最優(yōu)的，其適應(yīng)性也會(huì)有問題。此外，由于沒有實(shí)用的參數(shù)尋優(yōu)計(jì)算方法，人們一直也無法通過計(jì)算分析手段優(yōu)化和預(yù)知PSS等阻尼控制系統(tǒng)在抑制低頻振蕩時(shí)的具體效果和特長。長期以來，一方面難以解決區(qū)分多元影響參數(shù)(即這種參數(shù)的變化會(huì)同時(shí)引起影響阻尼比變化的多種因素的變化)各因素作用大小的難題，另一方面受到相位、幅值限制和運(yùn)行方式變化的影響等非解析性約束條件的限制，迄今為止仍然沒有研究出一套實(shí)用、 可靠、適應(yīng)性好的PSS等阻尼控制系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法可以用于實(shí)際計(jì)算或試驗(yàn)當(dāng)中，不利于所述互聯(lián)電力系統(tǒng)全局穩(wěn)定性的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法，其能夠根據(jù)具體的振蕩模式調(diào)整每個(gè)相關(guān)的阻尼控制系統(tǒng)的相位，以達(dá)到優(yōu)化配置所述阻尼控制系統(tǒng)的參數(shù)，提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。一種基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法，包括以下步驟計(jì)算所述交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)中各個(gè)振蕩模式的特征根和阻尼比；判斷各個(gè)所述振蕩模式的阻尼比是否小于預(yù)定值，如果小于所述預(yù)定值，則選定所述振蕩模式以及與所述振蕩模式相關(guān)的發(fā)電機(jī)組的阻尼控制系統(tǒng)；對(duì)選定的所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行直角坐標(biāo)系向極坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，分別計(jì)算出其傳遞函數(shù)的模值和相位角；根據(jù)所述傳遞函數(shù)的模值，通過等效交流增益法，調(diào)節(jié)所述阻尼控制系統(tǒng)中與所述模值對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)，維持所述傳遞函數(shù)交流增益的恒定；根據(jù)各個(gè)所述振蕩模式的特征根和阻尼比變化量以及所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的相位變化量，計(jì)算各個(gè)所述振蕩模式的阻尼比相對(duì)于所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相位的阻尼比與相位的相對(duì)靈敏度；根據(jù)各個(gè)所述振蕩模式下的阻尼比與相位的相對(duì)靈敏度大小，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的所述阻尼控制系統(tǒng)中的與傳遞函數(shù)的相位相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，增大所述振蕩模式的阻尼比。進(jìn)一步地，如果所述互聯(lián)電力系統(tǒng)的有關(guān)振蕩模式的阻尼比對(duì)相位的靈敏度符號(hào)由正變負(fù)或者由負(fù)變正時(shí)，則說明達(dá)到了最優(yōu)相位補(bǔ)償點(diǎn)，則結(jié)束對(duì)所述電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和/或高壓直流輸電附加控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整進(jìn)程。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法基于傳遞函數(shù)模角分離理論、等效交流增益法和阻尼比對(duì)相位的靈敏度來實(shí)現(xiàn)對(duì)交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)的阻尼控制系統(tǒng)的優(yōu)化。通過所述互聯(lián)電力系統(tǒng)的潮流、穩(wěn)定數(shù)據(jù)，計(jì)算各個(gè)振蕩模式的阻尼比，根據(jù)所述阻尼比選取需要進(jìn)行分析調(diào)整的振蕩模式，以及最有效的阻尼控制系統(tǒng)(包括電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS和/或高壓直流輸電附加控制系統(tǒng)等)。然后，對(duì)選定的相關(guān)的阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行直角坐標(biāo)系向極坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)的模角兩類變量的分離；再運(yùn)用等效交流增益法保持傳遞函數(shù)的交流增益在參數(shù)改變情況下維持恒定。根據(jù)選定的所述振蕩模式的阻尼比變化量，以及所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的相位變化量，計(jì)算各個(gè)所述震蕩模式對(duì)應(yīng)的阻尼比相對(duì)于所述傳遞函數(shù)相位的靈敏度；最后，根據(jù)計(jì)算出的所述阻尼比與相位的相對(duì)靈敏度的大小，對(duì)所述阻尼控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高振蕩模式的阻尼比，防止低頻振蕩發(fā)生。因此本發(fā)明的基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法能夠根據(jù)所述互聯(lián)電力系統(tǒng)的具體振蕩模式調(diào)整最有效的阻尼控制系統(tǒng)的參數(shù)，使每個(gè)所述阻尼控制系統(tǒng)的調(diào)整更加切合所述互聯(lián)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)情況，有利于所述互聯(lián)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行?？傊景l(fā)明系統(tǒng)地、完整地提出了一套可以有效地克服互聯(lián)電力系統(tǒng)的阻尼控制系統(tǒng)中存在多元影響參數(shù)影響難以區(qū)分難題，以及相位、幅值限制和運(yùn)行方式變化影響等非解析性約束條件限制的，實(shí)用、可靠、適應(yīng)性好的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法。該方法從全網(wǎng)的角度出發(fā)，分析交直流互聯(lián)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、篩選振蕩模式、設(shè)計(jì)、優(yōu)化和協(xié)調(diào)個(gè)各機(jī)組之間的阻尼控制系統(tǒng)(包括電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS、高壓直流輸電 附加控制系統(tǒng)等)，從而控制和提高交直流互聯(lián)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，解決了這一技術(shù)領(lǐng)域長期無法解決的問題。


圖1是本發(fā)明基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法的步驟流程圖；圖2是一種典型的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器附加控制系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 —種典型的雙側(cè)頻率調(diào)制的高壓直流輸電附加控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法的步驟流程圖。所述基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法包括以下步驟步驟S101，計(jì)算所述交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)中各個(gè)振蕩模式的特征根和阻尼比；在進(jìn)行所述振蕩模式的特征根和阻尼比計(jì)算時(shí)，可以從所述互聯(lián)電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算程序(BPA)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件dat和暫態(tài)穩(wěn)定分析數(shù)據(jù)文件swi中讀取所述互聯(lián)電力系統(tǒng)的原始潮流數(shù)據(jù)，其中，所述原始潮流數(shù)據(jù)反應(yīng)所述互聯(lián)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況；并從所述潮流計(jì)算程序(BPA)的潮流計(jì)算結(jié)果文件pfo中讀取所述互聯(lián)電力系統(tǒng)各個(gè)振蕩模式的潮流計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，即所述互聯(lián)電力系統(tǒng)的初始平衡工作點(diǎn)；然后根據(jù)所述原始潮流數(shù)據(jù)、所述潮流計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)以及所述交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定數(shù)據(jù)計(jì)算所述電力系統(tǒng)的特征根，通過所述特征根即可計(jì)算對(duì)應(yīng)振蕩模式的阻尼比(或稱阻尼比比)。假設(shè)計(jì)算得到的所述互聯(lián)電力系統(tǒng)的各個(gè)振蕩模式的特征根為λ = σ +j ω，其中，每個(gè)所述特征根分別對(duì)應(yīng)一個(gè)振蕩模式，ο是所述特征根的實(shí)部；ω是所述特征根的虛部，與對(duì)應(yīng)振蕩模式的頻率成正比。則，由下式計(jì)算對(duì)應(yīng)振蕩模式的阻尼比ξ
權(quán)利要求
1.一種基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟計(jì)算所述交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)中各個(gè)振蕩模式的特征根和阻尼比；判斷各個(gè)所述振蕩模式的阻尼比是否小于預(yù)定值，如果小于所述預(yù)定值，則選定所述振蕩模式以及與所述振蕩模式相關(guān)的發(fā)電機(jī)組的阻尼控制系統(tǒng)；對(duì)選定的所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行直角坐標(biāo)系向極坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，分別計(jì)算出其傳遞函數(shù)的模值和相位角；根據(jù)所述傳遞函數(shù)的模值，通過等效交流增益法，調(diào)節(jié)所述阻尼控制系統(tǒng)中與所述模值對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)，維持所述傳遞函數(shù)交流增益的恒定；根據(jù)各個(gè)所述振蕩模式的特征根和阻尼比變化量以及所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的相位變化量，計(jì)算各個(gè)所述振蕩模式的阻尼比相對(duì)于所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相位的靈敏度；根據(jù)各個(gè)所述振蕩模式的阻尼比相對(duì)于所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相位的靈敏度大小，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的所述阻尼控制系統(tǒng)中的與傳遞函數(shù)的相位相關(guān)的參數(shù)，增大所述振蕩模式下的阻尼比。
2.如權(quán)利要求1所述的基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，所述阻尼控制系統(tǒng)包括與所述振蕩模式相關(guān)的發(fā)電機(jī)組的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和/或所述振蕩模式相關(guān)的高壓直流輸電附加控制系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，按照以下公式計(jì)算各個(gè)所述振蕩模式的阻尼比相對(duì)于所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相位的靈敏度dl_dl 3σ dl 3ω da dO da dO其中，$為所述振蕩模式的阻尼比相對(duì)于所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相位的靈敏 dOI為所述振蕩模式的阻尼比；θ為所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的相位；σ和ω分別為所述振蕩模式的特征根的實(shí)部和虛部。
4.如權(quán)利要求3所述的基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，根據(jù)各個(gè)所述振蕩模式的阻尼比相對(duì)于所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相位的靈敏度大小，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的所述阻尼控制系統(tǒng)中的與傳遞函數(shù)的相位相關(guān)的參數(shù)的步驟包括如果所述振蕩模式的阻尼比相對(duì)于所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相位的靈敏度大于 0，則按照增大相位的方向調(diào)整對(duì)應(yīng)的所述阻尼控制系統(tǒng)中的與傳遞函數(shù)的相位相關(guān)的參數(shù)的取值；如果所述振蕩模式的阻尼比相對(duì)于所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相位的靈敏度小于0，則按照減小相位的方向調(diào)整對(duì)應(yīng)的所述阻尼控制系統(tǒng)中的與傳遞函數(shù)的相位相關(guān)的參數(shù)的取值。
5.如權(quán)利要求1或者2所述的基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，所述計(jì)算所述交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)中各個(gè)振蕩模式的特征根和阻尼比的步驟包括從所述交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算程序的系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件dat和暫態(tài)穩(wěn)定分析數(shù)據(jù)文件swi中讀取所述交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)的原始潮流數(shù)據(jù)；從所述潮流計(jì)算程序的潮流計(jì)算結(jié)果文件Pfo中讀取所述交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)各個(gè)振蕩模式的潮流計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)；根據(jù)所述原始潮流數(shù)據(jù)、所述潮流計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)和所述交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定數(shù)據(jù)計(jì)算所述交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)的特征根，獲取所述交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)在對(duì)應(yīng)的振蕩模式的下的阻尼比。
6.如權(quán)利要求1或者2所述的基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于所述阻尼控制系統(tǒng)中的與傳遞函數(shù)的相位相關(guān)的參數(shù)包括所述阻尼控制系統(tǒng)中的時(shí)間常數(shù)。
7.如權(quán)利要求1或者2所述的基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，如果判斷各個(gè)所述振蕩模式的阻尼比都大于所述預(yù)定值，則結(jié)束對(duì)所述阻尼控制系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化。
8.如權(quán)利要求1或者2所述的基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，在計(jì)算獲得所述振蕩模式的阻尼比相對(duì)于所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相位的靈敏度之后，進(jìn)一步執(zhí)行以下步驟判斷所述振蕩模式的阻尼比相對(duì)于所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相位的靈敏度的符號(hào)，如果所述振蕩模式的阻尼比相對(duì)于所述阻尼控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相位的靈敏度的符號(hào)由正變負(fù)或者由負(fù)變正時(shí)，則結(jié)束對(duì)應(yīng)的所述阻尼控制系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于阻尼比與相位相對(duì)靈敏度的阻尼控制系統(tǒng)優(yōu)化方法，通過計(jì)算各個(gè)振蕩模式的阻尼比，分析互聯(lián)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，根據(jù)所述阻尼比大小選取需進(jìn)行分析調(diào)整的相關(guān)振蕩模式，以及影響最大的發(fā)電機(jī)組和高壓直流輸電系統(tǒng)等；對(duì)所述振蕩模式下相關(guān)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)等阻尼控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以達(dá)模角分離之目的；運(yùn)用等效交流增益法維持在參數(shù)調(diào)整后的傳遞函數(shù)增益不變；計(jì)算阻尼比對(duì)相位的靈敏度，根據(jù)靈敏度對(duì)阻尼控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行有目標(biāo)、方向明確的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高振蕩模式的阻尼比，抑制低頻振蕩的發(fā)生。避免了以往對(duì)阻尼控制系統(tǒng)參數(shù)用近似方法試湊的盲目性，有利于大型互聯(lián)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02J3/24GK102157950SQ201110074950
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者吳曉宇, 張俊峰, 彭波, 曹亞龍, 曾艷, 盛超, 翁洪杰, 陳迅, 陳銳, 魏偉 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院