基於相位補償原理的儲能阻尼控制器的設計方法

2023-08-05 02:15:46

專利名稱：基於相位補償原理的儲能阻尼控制器的設計方法
技術領域：
本發明涉及電力系統穩定控制技術領域，尤其是涉及一種儲能裝置在電力系統功率振湯抑制中的應用技術。
背景技術：
國際大電網會議第38研究委員會曾組織專門工作組(Task Force 38. 01. 07)對電網低頻振蕩問題進行研究，其結論指出為消除振蕩的威脅，首先應仔細考慮研究整定系統中主要發電機的電力系統穩定器(PSS);其次應研究系統中現有高壓直流輸電(HVDC)、靜止無功補償器(SVC)附加控制器的參數整定，使之提供附加阻尼效果；然後考慮利用TCSC等FACTS裝置提供平滑的阻尼控制；最後可考慮在系統中增加完全用於阻尼振蕩的新裝置。由於聯絡線上的功率振蕩通常涉及了大量的發電機組，PSS僅以發電機自身的轉
速偏差頻率偏差4/和功率偏差中的一種或兩種號實現勵磁系統附加控制，不
能有效抑制涉及全局的聯絡線上的功率振蕩。安裝於聯絡線的儲能裝置，可用作一種完全用於阻尼聯絡線功率振蕩的新裝置。儲能裝置用於聯絡線功率振蕩尚處於初步研究階段，實際應用中，安裝在聯絡線上的儲能裝置一般以聯絡線的有功功率等就地量作為控制輸入信號。為使儲能有功功率輸出規律達到最優的平抑聯絡線功率振蕩的效果，已有文獻採用留數法、粒子群算法、模糊算法等整定控制器的移相環節參數。文獻「基於超導儲能裝置的聯絡線功率控制」(王康，蘭洲，甘德強，石立寶，倪以信。電力系統自動化，2008，32 (8) :pp5-9),以聯絡線有功功率和無功功率為輸入控制信號，利用反步法設計了用超導磁儲能裝置抑制聯絡線功率振蕩的控制器° 文獻「Transient Stability Enhancement by Fuzzy Logic-Controlled SMESConsidering Coordination With Optimal Reclosing of Circuit Breakers」 (Mohd.Hasan Ali, Toshiaki Murata, and Junji Tamura. IEEE Trans. Power System,2008, 23
(2):631-640),以發電機綜合動能偏差量作為輸入控制信號，將模糊控制理論應用於超導磁儲能裝置控制設計中，以提高電力系統暫態穩定性。上述的研究分別以平抑振蕩或提高系統暫態穩定性為目標，主要開展控制器的參數優化工作，在輸入信號的優化選擇以及控制效率上的研究較少，反而增大了控制器參數整定的複雜性。本發明所提出的儲能阻尼控制器的設計方法，以聯絡線的實時監測信息合成控制器的輸入控制信號，基於相位補償原理簡化控制參數整定過程，提高儲能裝置抑制聯絡線功率振蕩的效率。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種簡單有效的、用於抑制互聯電力系統聯絡線功率振蕩的儲能阻尼控制器的設計方法，以解決互聯電力系統重要聯絡線上的功率振蕩問題。
本發明解決其技術問題採用以下的技術方案
本發明提供的基於相位補償原理的儲能阻尼控制器設計方法，是一種抑制聯絡線功率振蕩的儲能阻尼控制器的設計方法，該方法是利用聯絡線實時監測信息合成並聯型儲能裝置的控制輸入信號，控制儲能裝置的輸出功率以抑制聯絡線上的功率振蕩；所設計的儲能阻尼控制器以合成功角差信號作為輸入控制信號，合成功角差的合成過程需要對通過聯絡線聯繫的兩區域電網進行兩機系統等值，通過粒子群算法辨識兩機等值系統待定參數，由最優待定參數以及現有廣域測量系統和能量管理系統所提供的聯絡線兩端節點電流和電壓信息計算得到的合成功角差，作為儲能阻尼控制器反饋控制的輸入信號；經過測量放大環節、隔直環節、移相環節直接形成儲能裝置的輸出功率指令值，所述儲能裝置的變頻器通過給定的功率值產生指定的有功功率注入到電網，從而抑制所述儲能裝置所在聯絡線上的功率振蕩。本發明提供的上述儲能阻尼控制器的設計的方法，具體是採用包括以下步驟的方法
(1)確定儲能裝置的安裝地點；
兩區域電網通過聯絡線建立電氣聯繫，該聯絡線的一端節點處安裝儲能裝置，該儲能裝置由所述儲能阻尼控制器控制其輸出的有功功率；
(2)將所述兩區域電網分別等值成同步發電機，構成一個兩機系統即兩機等值系統，並明確該兩機等值系統的待定參數；
(3)利用所述聯絡線功率波動信息，採用粒子群算法辨識所述兩機等值系統的待定參
數；
(4)將所述聯絡線實時測量數據，合成所述儲能裝置的儲能阻尼控制器的控制輸入信
號;
(5)利用相位補償法確定所述儲能阻尼控制器的參數；
經過上述步驟，實現基於相位補償原理的儲能阻尼控制器的設計。上述步驟(2)所述等值同步發電機可以採用^恆定模型描述，具體是同步發電機用其內電勢電動勢七與1軸同步電抗&串聯來表示，同步發電機的結構參數包括有慣
性時間常數[、q軸同步電抗\和d軸暫態電抗上述步驟(3)具體包括以下子步驟；
(3-1)在兩區域電網的模型上，儲能裝置退出運行，進行聯絡線施加瞬時短路故障的仿
真，並記錄聯絡線功率波動信息;
(3-2)設置等值系統待定參數的組數和迭代次數的上限值；
(3-3)設置等值系統待定參數的變化範圍，置參數組號i=l，迭代所處次數標號k=l ；(3-4)設置一組等值系統待定參數的初始值，該初始值由在等值系統待定參數的取值範圍內隨機產生； (3-5)將第i組等值系統待定參數的值代入等值系統的仿真模型，設置與步驟(3-1)相同的聯絡線故障進行時域仿真；
(3-6)仿真計算結束後，讀取聯絡線有功功率波動信息& ( ，並計算適應度J
權利要求
1.一種基於相位補償原理的儲能阻尼控制器的設計方法，其特徵在於是一種抑制聯絡線功率振蕩的儲能阻尼控制器的設計方法，該方法是利用聯絡線實時監測信息合成並聯型儲能裝置的控制輸入信號，控制儲能裝置的輸出功率以抑制聯絡線上的功率振蕩；所設計的儲能阻尼控制器以合成功角差信號作為輸入控制信號，合成功角差的合成過程需要對通過聯絡線聯繫的兩區域電網進行兩機系統等值，通過粒子群算法辨識兩機等值系統待定參數，由最優待定參數以及現有廣域測量系統和能量管理系統所提供的聯絡線兩端節點電流和電壓信息計算得到的合成功角差，作為儲能阻尼控制器反饋控制的輸入信號；經過測量放大環節、隔直環節、移相環節直接形成儲能裝置的輸出功率指令值，所述儲能裝置的變頻器通過給定的功率值產生指定的有功功率注入到電網，從而抑制所述儲能裝置所在聯絡線上的功率振蕩。
2.根據權利要求I所述的儲能阻尼控制器的設計的方法，其特徵是採用包括以下步驟的方法 (1)確定儲能裝置的安裝地點； 兩區域電網通過聯絡線建立電氣聯繫，該聯絡線的一端節點處安裝儲能裝置，該儲能裝置由所述儲能阻尼控制器控制其輸出的有功功率； (2)將所述兩區域電網分別等值成同步發電機，構成一個兩機系統即兩機等值系統，並明確該兩機等值系統的待定參數； (3)利用所述聯絡線功率波動信息，採用粒子群算法辨識所述兩機等值系統的待定參數； (4)將所述聯絡線實時測量數據，合成所述儲能裝置的儲能阻尼控制器的控制輸入信號; (5)利用相位補償法確定所述儲能阻尼控制器的參數； 經過上述步驟，實現基於相位補償原理的儲能阻尼控制器的設計。
3.根據權利要求2所述的儲能阻尼控制器的方法，其特徵是步驟(2)所述等值同步發電機採用恆定模型描述，具體是同步發電機用其內電勢電動勢￡^與9軸同步電抗&串聯來表示，同步發電機的結構參數包括有慣性時間常數5、q軸同步電抗 和d軸暫態電抗4。
4.根據權利要求2所述的儲能阻尼控制器的方法，其特徵是所述步驟(3)具體包括以下子步驟； (3-1)在兩區域電網的模型上，儲能裝置退出運行，進行聯絡線施加瞬時短路故障的仿真，並記錄聯絡線功率波動信息; (3-2)設置等值系統待定參數的組數和迭代次數的上限值； (3-3)設置等值系統待定參數的變化範圍，置參數組號i=l，迭代所處次數標號k=l ；(3-4)設置一組等值系統待定參數的初始值，該初始值由在等值系統待定參數的取值範圍內隨機產生； (3-5)將第i組等值系統待定參數的值代入等值系統的仿真模型，設置與步驟(3-1)相同的聯絡線故障進行時域仿真；(3-6)仿真計算結束後，讀取聯絡線有功功率波動信息盡( )，並計算適應度j 其中，T為仿真時間長度； (3-7)若i與設定的參數組數相等，表示當前次迭代完成，轉入第(3-8)步，否則置i=i+l,重新轉入第(3-5)步； (3-8)將具有最小適應度的參數組作為本次迭代得到的最優等值系統待定參數； (3-9)更新其他參數位置，置i=l，若滿足迭代收斂條件，則退出迭代並輸出計算的到的最優的等值系統待定參數，或者若迭代次數已達到設定的迭代次數上限也退出迭代並輸出計算得到的最優的等值系統待定參數，否則轉入(3-5)進行新一輪的迭代。
5.根據權利要求4所述的儲能阻尼控制器的方法，其特徵是步驟(3-2)中，典型地，取控制器參數的組數為20，迭代次數上限值為20。
6.根據權利要求4所述的儲能阻尼控制器的方法，其特徵是步驟(3-3)中，採用經驗值方法設置等值系統待定參數的變化範圍，具體是取慣性時間常數巧的範圍為3iT60S，q軸同步電抗力的範圍為O. 54^2. 4pu，d軸暫態電抗的範圍為O. 15^0. 42pu，電氣距離xl、x2的取值範圍均為(TO. 5pu。
7.根據權利要求2所述的儲能阻尼控制器的方法，其特徵是步驟(4)所述合成儲能阻尼控制器的控制輸入信號，採用以下公式計算 == ^ + 為4， - ! = + ^ρ·2 =, Δ 5兩=angle( )-angle ( ), 式中，& I1,Vt 4分別為聯絡線兩端節點的電壓及注入電流，匕4分別為等值發電的機端電壓，Se2分別為區域電網I和2的等效發電機內電勢，xi2分別為兩臺等值發電機的q軸同步電抗；￥ 分別為等值發電機的機端母線與聯絡線節點間的電氣距離；以^&作為安裝於原系統中的儲能阻尼控制器的輸入。
8.根據權利要求2所述的儲能阻尼控制器的方法，其特徵是步驟(5)所述的儲能阻尼控制器，其包括6個環節，按連接關係依次以環節I 環節6指代環節I將實測聯絡線兩端節點的電壓和電流合成控制器的輸入信號；環節2是測量放大環節，用於改變前級輸入的大小，環節3為隔直環節，用於濾除輸入信號中的直流分量，環節4和環節5是為控制信號提供補償相位的移相環節，環節6用於模擬儲能裝置的變頻器。
9.根據權利要求2所述的儲能阻尼控制器的方法，其特徵是採用以下方法獲取步驟(5)所述利用相位補償法確定儲能阻尼控制器的參數 (5-1)確定最佳補償相位 在發電機以巧恆定模型描述的兩區域電網的兩機等值系統中，聯絡線傳輸有功功率由聯絡線兩端的等值發電機內電勢和功角差決定，當發電機能夠維持內電勢恆定時，聯絡線功率的線性化模型為
10.根據權利要求9所述的儲能阻尼控制器的方法，其特徵是所述步驟(5-2)中，採用以下方法確定放大環節增益的取值根據儲能裝置安裝前聯絡線的功率波動信息，確定儲能裝置需要平抑的主要低頻振蕩模式，或者採用指定的低頻振蕩頻率範圍內；當僅需要儲能裝置針對某一低頻振蕩頻率fosc平抑其功率振蕩時，應借鑑留數法的公式昇石來確定
全文摘要
本發明涉及基於相位補償原理的儲能阻尼控制器設計方法，實現以聯絡線實時監測信息控制並聯型儲能裝置，抑制聯絡線上的功率振蕩，該方法利用現有WAMS/EMS(廣域測量系統/能量管理系統)所提供的聯絡線兩端節點電流和電壓信息，合成儲能阻尼控制器的反饋控制信號，經過測量放大環節、隔直環節、移相環節直接形成儲能裝置的輸出功率指令值。儲能裝置的變頻器通過給定的功率值產生指定的有功功率注入到電網，從而抑制聯絡線上的功率振蕩。本發明充分利用聯絡線的實時監測信息，基於相位補償的原理進行控制器的參數整定，控制器結構簡單、可靠，能夠提高儲能裝置抑制聯絡線功率振蕩的效率。
文檔編號H02J3/24GK102624013SQ20121009899
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月6日 優先權日2012年4月6日
發明者孫建波, 文勁宇, 李大虎, 李小平, 李淼, 林衛星, 趙嫻 申請人:湖北省電力公司