[發明專利]一種考慮時滯的電力系統附加廣域阻尼控制器設計方法

有效

• 申請號: 201610489302.9
• 申請日: 2016-06-27
• 公開（公告）號: CN105978003B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 葉華;何敏;李超;牟倩穎;劉玉田
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

本發明涉及一種考慮時滯的電力系統附加廣域阻尼控制器設計方法。

背景技術

大規模互聯電網復雜的機理和嚴峻的運行條件，使其整體的動態行為難以分析和控制。互聯電力系統中多次發生的低頻振蕩現象，威脅著電網的安全、穩定運行，制約區域內和區間某些主要輸電線路的輸電能力，使得跨區域電能調度這一電網互聯的初始目標難以完成。

隨著廣域測量系統(Wide Area Measurement System，WAMS)技術的不斷發展與成熟，將WAMS用于大規模互聯電力系統形成閉環控制，是電力系統發展的方向之一。WAMS能夠實時提供發電機功角、轉速以及區域間聯絡線的傳輸功率等信息，為設計廣域阻尼控制器以抑制系統區間振蕩，提供了新的數據平臺。基于WAMS的廣域信號，充分反映系統局部振蕩和區間振蕩的模態信息，將其提供給阻尼控制器構成閉環控制，能夠獲得優越的控制性能。

然而，應用廣域信息也會給系統的控制帶來新的問題。現代數字化通訊網絡為WAMS信息傳輸提供了強有力的物理支撐，雖然信息交流方便快捷，但是，考慮到傳輸距離較遠，廣域信息在通信網絡中傳輸存在不可避免的通信時延。當時滯較大時，可能會導致阻尼控制器作用效果變差，甚至誘發電力系統失穩。

目前，考慮時滯影響的廣域穩定控制主要可以分為廣域魯棒PSS控制和廣域阻尼控制兩大類。廣域魯棒PSS控制主要側重于將魯棒控制理論應用于電力系統，借助于魯棒控制工具箱可以完成單個阻尼控制器的設計，目前已有基于回路成型、增益調度和混合靈敏度等技術的廣域時滯阻尼控制器設計方法。但是在設計過程中，由于系統和時滯均具有不確定性，需要對系統模型和時滯環節進行降階和近似處理。模型降階和近似環節的誤差，直接影響著魯棒控制器的性能。

對于廣域阻尼控制器(Wide Area Damping Controller，WADC)的設計，主要是針對電網中的電力系統穩定器(Power System Stabilizer，PSS)、自動電壓調節器(Automatic Voltage Regular，AVR)和典型的柔性交流輸電系統(Flexible Alternative Current Transmission Systems，FACTS)設備(SVC、TCSC等)的附加阻尼控制器進行優化設計。目前的研究大多基于單個、固定時滯的電力系統，對系統存在多個、隨機時滯情況的研究還較少。這些研究大多都是采用極點配置法設計參數，將時滯因素引入優化模型，或者設計適當的時滯補償環節，以提高控制器的魯棒性和阻尼效果，并且未見以電力系統關鍵特征值計算為基礎的WADC優化設計的研究成果。此外，現有的基于WAMS和改進粒子群優化算法的SVC附加阻尼控制器優化設計方法，通過Prony分析工具獲得振蕩模式的相關信息，應用改進的粒子群算法優化控制參數，但是該方法沒有考慮到廣域信息的延時對控制效果的影響。

發明內容

為了解決現有技術的缺點，本發明提供一種考慮時滯的電力系統附加廣域阻尼控制器設計方法。該方法計算實際系統的關鍵特征值和判別系統的穩定性時，充分考慮通信時滯對系統阻尼性能的影響，可以大幅提高區間振蕩模式的阻尼，增強時滯系統的穩定性。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種考慮時滯的電力系統附加廣域阻尼控制器設計方法，包括以下步驟：

步驟(1)：將電力系統阻尼最弱的振蕩模式作為目標控制模式，確定AVR和FACTS設備的最佳安裝位置，進一步建立不考慮時滯因素的包含AVR和FACTS設備的電力系統模型和WADC模型；

步驟(2)：在不考慮時滯因素的包含AVR和FACTS設備的電力系統模型和WADC模型的基礎上，引入時滯環節，進而建立考慮時滯因素的閉環時滯電力系統的模型；

步驟(3)：根據閉環時滯電力系統的模型，構建WADC參數優化的數學模型；

步驟(4)：采用粒子群優化(Particle Swarm Optimization，PSO)算法，求解步驟(3)中WADC的最優參數；

在每次的迭代優化過程中，考慮時滯因素，采用SOD算法求解閉環時滯電力系統最右側的關鍵特征值，以達到關鍵特征值的阻尼最大這一目標。

所述步驟(1)中，采用基于可控可觀性的聯合幾何測度方法，確定AVR和FACTS設備的最佳安裝位置。

所述步驟(1)中，采用基于可控可觀性的聯合幾何測度方法，確定AVR和FACTS設備的最佳安裝位置的具體過程，包括：