一種基于故障恢復(fù)信號(hào)的vsc-hvdc附加阻尼控制方法
【專利摘要】一種基于故障恢復(fù)信號(hào)的VSC-HVDC附加阻尼控制方法，其特點(diǎn)是：在交直流混聯(lián)系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)運(yùn)行在額定功率狀態(tài)下，交流系統(tǒng)受大擾動(dòng)引起低頻振蕩，此時(shí)，由于附加阻尼控制器的作用，直流功率將跟隨交流功率的振蕩產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)制，將導(dǎo)致直流功率出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象，為防止過負(fù)荷現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高安全穩(wěn)定性，提出了基于故障恢復(fù)信號(hào)的附加阻尼控制，依據(jù)系統(tǒng)的特征根，在直流功率調(diào)制前期引入故障恢復(fù)信號(hào)，使直流功率驟降后，緩慢爬升恢復(fù)原始狀態(tài)，同時(shí)增加了附加阻尼控制對(duì)直流功率的調(diào)制裕度，提升交流系統(tǒng)阻尼，有效抑制交流系統(tǒng)的低頻振蕩，提高了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行能力，具有方法科學(xué)合理，控制效果好，實(shí)用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】 —種基于故障恢復(fù)信號(hào)的VSC-HVDC附加阻尼控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全運(yùn)行控制領(lǐng)域，是一種基于故障恢復(fù)信號(hào)的VSC-HVDC附加阻尼控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)電力系統(tǒng)隨著大區(qū)聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，低頻振蕩現(xiàn)象逐年增多，其嚴(yán)重性甚至超過了暫態(tài)穩(wěn)定性，成為系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要障礙。世界電力工業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)表明:隨著電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，大區(qū)間聯(lián)網(wǎng)，以及高增益勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的廣泛采用，使得危及全網(wǎng)安全的低頻振蕩現(xiàn)象將呈現(xiàn)多發(fā)趨勢(shì)。低頻振蕩與系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性密切相關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間相對(duì)搖擺，輸電線上功率持續(xù)振蕩，極易引發(fā)大面積停電事故，極大地威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
[0003]與靜止無功補(bǔ)償器、靜止同步補(bǔ)償器以及統(tǒng)一潮流控制器等柔性交流輸電系統(tǒng)裝置類似，在交直流混連系統(tǒng)中，利用基于電壓源換流器的高壓直流輸電技術(shù)的附加阻尼控制，在輸電環(huán)節(jié)能夠增加系統(tǒng)振蕩阻尼，有效抑制系統(tǒng)低頻振蕩，提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定性。本領(lǐng)域習(xí)慣稱為:靜止無功補(bǔ)償器為SVC，靜止同步補(bǔ)償器為STATC0M，統(tǒng)一潮流控制器為UPFC，柔性交流輸電系統(tǒng)為FACTS，電壓源換流器的高壓直流輸電技術(shù)為VSC-HVDC。
[0004]目前VSC-HVDC附加阻尼控制器的設(shè)計(jì)得到了大量研究。其主要結(jié)構(gòu)為單輸入單輸出形式，而且輸入信號(hào)有交流線路有功功率、換流站所連母線頻率、直流兩端交流母線電壓相角差等多種形式。針對(duì)附加阻尼控制器的設(shè)計(jì)，利用直流功率與系統(tǒng)低頻振蕩參考信號(hào)構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)辨識(shí)得到開環(huán)傳遞函數(shù)，再根據(jù)極點(diǎn)配置法或相位增益裕度法設(shè)計(jì)附加阻尼控制器，但為防止換流站出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象，需加入限幅環(huán)節(jié)。然而當(dāng)直流線路運(yùn)行在額定狀態(tài)下，由于限幅環(huán)節(jié)的作用，導(dǎo)致系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)后，附加阻尼控制器的控制能力受到限制，難以達(dá)到預(yù)期的調(diào)制效果，對(duì)系統(tǒng)改善阻尼的效果變差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于故障恢復(fù)信號(hào)的VSC-HVDC附加阻尼控制方法，它是在直流有功功率設(shè)定值Psrt和附加阻尼信號(hào)Pnwd的基礎(chǔ)上，引入一個(gè)故障恢復(fù)信號(hào)Paux,使得VSC-HVDC在額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，減少直流功率出現(xiàn)越限情況，同時(shí)使附加阻尼控制依然可以起到良好的控制作用，通過引入故障恢復(fù)信號(hào)，為Pnwd提供相對(duì)充足的調(diào)制裕度，增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼，提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行能力。
[0006]本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種基于故障恢復(fù)信號(hào)的VSC-HVDC附加阻尼控制方法，其特征在于，它包括以下步驟:
[0008]I)選取交流線路上的有功功率Pa。為控制器的輸入信號(hào)，根據(jù)直流功率與交流有功功率構(gòu)成閉環(huán)傳遞函數(shù)，對(duì)直流有功功率輸入指定信號(hào)，通過對(duì)交流線路上的有功功率Pac的時(shí)域響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行prony時(shí)域辨識(shí)，獲取開環(huán)傳遞函數(shù)G (s)，設(shè)定閉環(huán)系統(tǒng)的主導(dǎo)特征根，再根據(jù)極點(diǎn)配置法對(duì)附加阻尼控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)和參數(shù)整定，即得到附加阻尼控制信號(hào) Pmod ；
[0009]2)在交流系統(tǒng)中施加擾動(dòng)，使系統(tǒng)出現(xiàn)低頻振蕩現(xiàn)象，通過步驟I)所設(shè)計(jì)的VSC-HVDC附加阻尼控制器，直流功率將隨交流有功功率產(chǎn)生相應(yīng)的功率波動(dòng)，進(jìn)而得到直流功率的調(diào)制波形，對(duì)其進(jìn)行prony時(shí)域辨識(shí)，得出實(shí)際的主導(dǎo)特征根，計(jì)算振蕩頻率和阻尼比；
[0010]3)在VSC-HVDC附加阻尼控制器輸出端并入故障恢復(fù)信號(hào),構(gòu)成基于故障恢復(fù)信號(hào)的VSC-HVDC附加阻尼控制器，產(chǎn)生故障恢復(fù)信號(hào)Paux的輔助控制器由故障檢測(cè)環(huán)節(jié)、故障恢復(fù)信號(hào)發(fā)生環(huán)節(jié)、輸出信號(hào)選擇器三部分構(gòu)成，故障檢測(cè)環(huán)節(jié)用于檢測(cè)系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)時(shí)，發(fā)出使能信號(hào)給另兩個(gè)環(huán)節(jié)，使發(fā)生環(huán)節(jié)產(chǎn)生階躍信號(hào)，使輸出信號(hào)選擇器動(dòng)作，檢測(cè)信號(hào)可選取是直流功率的變化率或所連交流母線電壓等大擾動(dòng)的標(biāo)志性信號(hào)；故障恢復(fù)信號(hào)發(fā)生環(huán)節(jié)用于直流功率驟降后的功率恢復(fù)，產(chǎn)生的故障恢復(fù)信號(hào)Paux為階躍響應(yīng)，響應(yīng)呈指數(shù)規(guī)律衰減，衰減速率取決于慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)；輸出信號(hào)選擇器是針對(duì)系統(tǒng)發(fā)生大的擾動(dòng)時(shí)，根據(jù)檢測(cè)環(huán)節(jié)的使能信號(hào)，將輔助控制器投入運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出故障恢復(fù)信號(hào);
[0011]4)計(jì)及系統(tǒng)阻尼作用，采用小干擾法分析簡(jiǎn)單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，得出系統(tǒng)的特征值為A12=0±j ω，進(jìn)而直流有功功率的波動(dòng)量APd。隨時(shí)間變化規(guī)律可用公式⑴表示，
[0012]APdc = K' eotsin(cot+9) (I)
[0013]式中，K'為有功功率波動(dòng)量的比例系數(shù)；σ為衰減常數(shù)；ω為低頻振蕩頻率；Θ為初相位，選取衰減振蕩的包絡(luò)線作為故障恢復(fù)信號(hào)，但比例系數(shù)需做調(diào)整，故Paux= -Ke°t，若σ —定，此時(shí)還需要確定故障恢復(fù)信號(hào)的比例系數(shù)K，才能構(gòu)造出故障恢復(fù)信號(hào)，
[0014]基于故障恢復(fù)信號(hào)的附加阻尼控制在一定程度上提高了功率調(diào)制的裕度，但由于直流功率的波動(dòng)將導(dǎo)致直流線路上的電壓發(fā)生波動(dòng)，故不能無限制的調(diào)制直流功率，因此，關(guān)于比例系數(shù)K整定的約束條件是，以衰減振蕩第一周期的峰谷差為限制目標(biāo)，以額定直流功率的2*20%為限制范圍，在一個(gè)周期內(nèi)，對(duì)式(I)求一階導(dǎo)數(shù)，得到兩個(gè)極值點(diǎn)t1、t2，如式⑵，
[0015]

【權(quán)利要求】
1.一種基于故障恢復(fù)信號(hào)的VSC-HVDC附加阻尼控制方法，其特征在于，它包括以下步驟: 1)選取交流線路上的有功功率pa。為控制器的輸入信號(hào)，根據(jù)直流功率與交流有功功率構(gòu)成閉環(huán)傳遞函數(shù)，對(duì)直流有功功率輸入指定信號(hào)，通過對(duì)交流線路上的有功功率pa。的時(shí)域響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行prony時(shí)域辨識(shí)，獲取開環(huán)傳遞函數(shù)G(S)，設(shè)定閉環(huán)系統(tǒng)的主導(dǎo)特征根，再根據(jù)極點(diǎn)配置法對(duì)附加阻尼控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)和參數(shù)整定，即得到附加阻尼控制信號(hào)Pmod ? 2)在交流系統(tǒng)中施加擾動(dòng)，使系統(tǒng)出現(xiàn)低頻振蕩現(xiàn)象，通過步驟I)所設(shè)計(jì)的VSC-HVDC附加阻尼控制器，直流功率將隨交流有功功率產(chǎn)生相應(yīng)的功率波動(dòng)，進(jìn)而得到直流功率的調(diào)制波形，對(duì)其進(jìn)行prony時(shí)域辨識(shí)，得出實(shí)際的主導(dǎo)特征根，計(jì)算振蕩頻率和阻尼比； 3)在VSC-HVDC附加阻尼控制器輸出端并入故障恢復(fù)信號(hào)，構(gòu)成基于故障恢復(fù)信號(hào)的VSC-HVDC附加阻尼控制器，產(chǎn)生故障恢復(fù)信號(hào)Paux的輔助控制器由故障檢測(cè)環(huán)節(jié)、故障恢復(fù)信號(hào)發(fā)生環(huán)節(jié)、輸出信號(hào)選擇器三部分構(gòu)成，故障檢測(cè)環(huán)節(jié)用于檢測(cè)系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)時(shí)，發(fā)出使能信號(hào)給另兩個(gè)環(huán)節(jié)，使發(fā)生環(huán)節(jié)產(chǎn)生階躍信號(hào)，使輸出信號(hào)選擇器動(dòng)作，檢測(cè)信號(hào)可選取是直流功率的變化率或所連交流母線電壓等大擾動(dòng)的標(biāo)志性信號(hào)；故障恢復(fù)信號(hào)發(fā)生環(huán)節(jié)用于直流功率驟降后的功率恢復(fù)，產(chǎn)生的故障恢復(fù)信號(hào)Paux為階躍響應(yīng)，響應(yīng)呈指數(shù)規(guī)律衰減，衰減速率取決于慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)；輸出信號(hào)選擇器是針對(duì)系統(tǒng)發(fā)生大的擾動(dòng)時(shí)，根據(jù)檢測(cè)環(huán)節(jié)的使能信號(hào)，將輔助控制器投入運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出故障恢復(fù)信號(hào)； 4)計(jì)及系統(tǒng)阻尼作用，采用小干擾法分析簡(jiǎn)單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，得出系統(tǒng)的特征值為λ12 = σ 土jco，進(jìn)而直流有功功率的波動(dòng)量ΛPd。隨時(shí)間變化規(guī)律可用公式(I)表示， APdc = K' eotsin(cot+0) (I) 式中，K'為有功功率波動(dòng)量的比例系數(shù)；σ為衰減常數(shù)；ω為低頻振蕩頻率；Θ為初相位，選取衰減振蕩的包絡(luò)線作為故障恢復(fù)信號(hào)，但比例系數(shù)需做調(diào)整，故Paux = -KZt，若σ 一定，此時(shí)還需要確定故障恢復(fù)信號(hào)的比例系數(shù)K，才能構(gòu)造出故障恢復(fù)信號(hào)， 基于故障恢復(fù)信號(hào)的附加阻尼控制在一定程度上提高了功率調(diào)制的裕度，但由于直流功率的波動(dòng)將導(dǎo)致直流線路上的電壓發(fā)生波動(dòng)，故不能無限制的調(diào)制直流功率，因此，關(guān)于比例系數(shù)K整定的約束條件是，以衰減振蕩第一周期的峰谷差為限制目標(biāo)，以額定直流功率的2*20%為限制范圍，在一個(gè)周期內(nèi)，對(duì)式(I)求一階導(dǎo)數(shù)，得到兩個(gè)極值點(diǎn)tpt2，如式⑵，
計(jì)算出APtJt1)和APdc;(t2)，進(jìn)而得到峰谷差Λ，如式(3)，
Δ = I Λ Pdc U1)-APdc (t2) I ^ 0.4Pn (3) 式中，Pn為直流功率的額定值，由此求出參數(shù)K的最大值Kmax，即參數(shù)K的選擇應(yīng)滿足式⑷，
綜上得出經(jīng)過附加阻尼控制調(diào)制產(chǎn)生的直流功率時(shí)域表達(dá)式Pm，如式(5)，Pref = Pset+PfflOd+Paux = 1.0+r eotsin(?t+ 0) + (-Keot) (5)； 5)對(duì)于輔助控制器所發(fā)出的故障恢復(fù)信號(hào)的投入時(shí)機(jī)，當(dāng)VSC-HVDC處在額定運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)發(fā)生小擾動(dòng)時(shí)，直流的調(diào)制功率將不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重過負(fù)荷現(xiàn)象出現(xiàn)，由于故障檢測(cè)環(huán)節(jié)的作用，不發(fā)出使能信號(hào)，即僅有附加阻尼控制投入運(yùn)行，而系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)后，由于附加阻尼控制的作用，直流功率發(fā)生相應(yīng)的波動(dòng)，為防止出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象，加入輔助控制器所發(fā)出的故障恢復(fù)信號(hào)，給予附加阻尼控制器以充分的調(diào)制裕度，同時(shí)給予直流功率恢復(fù)時(shí)間，減小其功率驟升驟降帶來的影響，即附加阻尼控制器與輔助控制器共同投入運(yùn)行，隨著振蕩的逐漸減小，故障 恢復(fù)信號(hào)隨之衰減，直至系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，輔助控制器退出運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】H02J3/36GK104078993SQ201410264943
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】王振浩, 李洋, 李國(guó)慶, 王朝斌, 劉博文, 朱景明 申請(qǐng)人:東北電力大學(xué), 國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司檢修公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司