用於抑制低頻振蕩的電網調控方法和系統的製作方法

2023-12-10 08:03:42

用於抑制低頻振蕩的電網調控方法和系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於抑制低頻振蕩的電網調控方法和系統，包括：獲取單機無窮大系統的狀態變量；通過以下所述公式將獲取的狀態變量、預設的第一加權矩陣與第二加權矩陣、以及所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣轉換為變換矩陣；將所述變換矩陣、所述第二加權矩陣和所述狀態變量，轉換為最優控制量；將所述最優控制量作為反饋控制量，對無窮大電網進行反饋調控。實施本發明的方法和系統，在提高對低頻振蕩的抑制效率的同時可降低對電網設備的磨損，以實現最優控制，有效提高電力系統的穩定性和發電機組的安全性。
【專利說明】用於抑制低頻振蕩的電網調控方法和系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及領域電力【技術領域】，特別是涉及一種用於抑制低頻振蕩的電網調控方法和系統。
【背景技術】
[0002]電力系統提供的負阻尼抵消系統電機、勵磁繞組、機械等原有的正阻尼，會導致總阻尼過小或為負，此 時若電力系統受到擾動，該擾動就會在負阻尼的作用下不斷放大，形成低頻振蕩。低頻振蕩會嚴重影響電力系統的穩定性和發電機組的安全運行，甚至對電力系統造成破壞、導致大面積停電。
[0003]而在發電機調速系統側的電力系統穩定器，作用是通過調速系統控制產生一個正阻尼力矩來抑制電力系統的低頻振蕩。目前實現調速器側電力系統穩定器的方法是通過在轉速反饋通道中加超前校正來實現抑制低頻振蕩。
[0004]但是，上述振蕩抑制方法，超前校正參數設定只是要求相位補償大於相位滯後，因此，低頻振蕩的抑制效果差，導致電力系統的穩定性和發電機組的安全性低。

【發明內容】

[0005]基於此，有必要針對上述振蕩抑制方法對低頻振蕩的抑制效果差，導致電力系統的穩定性和發電機組的安全性低的問題，提供一種用於抑制低頻振蕩的電網調控方法和系統。
[0006]一種用於抑制低頻振蕩的電網調控方法，包括以下步驟:
[0007]獲取單機無窮大系統的狀態變量；
[0008]通過以下所述公式將獲取的狀態變量、預設的第一加權矩陣和第二加權矩陣、以及預設的與所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣轉換為變換矩陣:
[0009]P - -PA - AfP + PBR 'B1 χΡ-0.[0010]其中，P為轉換矩陣，Q為第一加權矩陣，R為第二加權矩陣，A為系統狀態矩陣，B為系統控制矩陣；
[0011]將所述變換矩陣、所述第二加權矩陣和所述狀態變量，轉換為最優控制量；
[0012]將所述最優控制量作為反饋控制量，對無窮大電網進行反饋調控。
[0013]一種用於抑制低頻振蕩的電網調控系統，包括:
[0014]獲取模塊，用於獲取單機無窮大系統的狀態變量；
[0015]變換模塊，用於通過以下所述公式將獲取的狀態變量、預設的第一加權矩陣和第二加權矩陣、以及預設的與所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣轉換為變換矩陣:
[0016]P = -PA-A' P +PBR 'B1 xP-Q.[0017]其中，P為轉換矩陣，Q為第一加權矩陣，R為第二加權矩陣，A為系統狀態矩陣，B為系統控制矩陣；
[0018]轉換模塊，用於將所述變換矩陣、所述第二加權矩陣和所述狀態變量，轉換為最優控制量；
[0019]調控模塊，用於將所述最優控制量作為反饋控制量，對無窮大電網進行反饋調控。
[0020]上述用於抑制低頻振蕩的電網調控方法和系統，基於單機無窮大系統的狀態變量、預設的第一加權矩陣與第二加權矩陣、、所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣獲取最優控制量，並將所述最優控制量作為反饋控制量，對無窮大電網進行反饋調控，在提高對低頻振蕩的抑制效率的同時可降低對電網設備的磨損，以實現最優控制，有效提高電力系統的穩定性和發電機組的安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1本發明用於抑制低頻振蕩的電網調控方法第一實施方式的流程示意圖；
[0022]圖2本發明用於抑制低頻振蕩的電網調控方法第二實施方式的流程示意圖；
[0023]圖3本發明用於抑制低頻振蕩的電網調控方法第三實施方式中低頻抑制效果圖；
[0024]圖4本發明用於抑制低頻振蕩的電網調控系統第一實施方式的結構示意圖；
[0025]圖5本發明用於抑制低頻振蕩的電網調控系統中單機無窮大系統的結構示意圖；
[0026]圖6本發明用於抑制低頻振蕩的電網調控系統第二實施方式的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0028]請參閱圖1，圖1本發明用於抑制低頻振蕩的電網調控方法第一實施方式的流程示意圖。
[0029]本實施方式所述的用於抑制低頻振蕩的電網調控方法，包括以下步驟:
[0030]步驟SlOl，獲取單機無窮大系統的狀態變量。
[0031]步驟S102，通過以下所述公式將獲取的狀態變量、預設的第一加權矩陣和第二加權矩陣、以及預設的與所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣轉換為變換矩陣:
[0032]P = -PA-A1 P + PBR 1B1 xP-Q.[0033]其中，P為轉換矩陣，Q為第一加權矩陣，R為第二加權矩陣，A為系統狀態矩陣，B為系統控制矩陣。
[0034]步驟S103，將所述變換矩陣、所述第二加權矩陣和所述狀態變量，轉換為最優控制量。
[0035]步驟S104，將所述最優控制量作為反饋控制量，對無窮大電網進行反饋調控。
[0036]本實施方式所述的用於抑制低頻振蕩的電網調控方法，基於單機無窮大系統的狀態變量、預設的第一加權矩陣與第二加權矩陣、、所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣獲取最優控制量，並將所述最優控制量作為反饋控制量，對無窮大電網進行反饋調控，在提高對低頻振蕩的抑制效率的同時可降低對電網設備的磨損，以實現最優控制，有效提高電力系統的穩定性和發電機組的安全性。
[0037]其中，對於步驟S101，所述狀態變量優選地為油動機輸出、系統容積輸出、系統頻率和系統功率。
[0038]優選地，所述單機無窮大系統優選地為包括汽輪機和無窮大電網的電力系統。
[0039]在一個實施例中，在所述獲取單機無窮大系統的狀態變量的步驟之前，還包括以下步驟:
[0040]對所述單機無窮大電網系統進行線性化分析，生成四階狀態方程，其中，所述四階狀態方程的狀態變量包括油動機輸出、系統容積輸出、系統頻率和系統功率。
[0041]本實施例將所述單機無窮大電網系統進行線性化分析為四階狀態方程，可快速獲取最優控制量
[0042]在另一個實施例中，所述獲取單機無窮大系統的狀態變量的步驟包括以下步驟:
[0043]測量所述單機無窮大系統的油動機輸出、系統容積輸出、系統頻率和系統功率，生成所述狀態變量。
[0044]優選地，可通過測量所述單機無窮大系統中汽輪機內的調速器的調節閥的開度獲取所述油動機輸出，可通過測量所述汽輪機的輸出功率獲取所述系統容積輸出，可通過測量所述無窮大電網的電壓/電流的頻率獲取所述系統頻率，可通過測量所述無窮大電網的功率獲取所述系統功率。
[0045]對於步驟S102，可根據控制精度預設第一加權矩陣和第二加權矩陣、與所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣，並將預設的矩陣存儲到對應區域。
[0046]在一個實施例中，簡化單機無窮大系統的四階狀態方程為y = Ax+Bu,系統狀態矩陣 A = [O I O O ;0 -3.333 05 ；23.5 O O O ；0 O O _5]，系統控制矩陣 B = [0 0 0 I]τ，第一加權矩陣 Q = [200 O O O ；0 O O O ；0 O 200 O ；0 O O O]，第二力口權矩陣 R = 100。
[0047]對於步驟S103，優選地，可根據所述變換矩陣、所述第二加權矩陣和所述狀態變量與最優控制量間的預設關係，將所述變換矩陣、所述第二加權矩陣和所述狀態變量，轉換為最優控制量。
[0048]在一個實施例中，所述將所述變換矩陣、所述第二加權矩陣和所述狀態變量，轉換為最優控制量的步驟包括以下步驟:
[0049]通過以下所述公式將所述變換矩陣轉換為狀態反饋增益矩陣:
[0050]K = IT1B1P ；
[0051]其中，K為反饋增益矩陣；
[0052]通過以下所述公式將所述狀態變量和所述反饋增益矩陣轉換為最優控制量:
[0053]u* = -R-1BtPx = -Kx ；
[0054]其中，X為所述狀態變量，u*為最優控制量。
[0055]對於步驟S104，優選地所述最優控制量與調速器的閥門開度對應。將所述最優控制作為反饋控制量可增加單機無窮大系統的阻尼，進而抑制低頻振蕩。
[0056]在一個實施例中，將所述最優控制量作為反饋控制量，對無窮大電網進行反饋調控的步驟包括以下步驟:
[0057]將所述最優控制量作為反饋控制量輸入到汽輪機的調速器中，調整所述調速器的閥門開度，完成對所述無窮大電網的低頻振蕩抑制。
[0058]本實施例中，調整所述調速器的閥門開度，可增加單機無窮大系統的阻尼，進而抑制低頻振蕩。
[0059]請參閱圖2，圖2是本發明用於抑制低頻振蕩的電網調控方法第二實施方式的流程不意圖。
[0060]本實施方式所述的用於抑制低頻振蕩的電網調控方法與第一實施方式的區別在於:在通過以下所述公式將獲取的狀態變量、預設的第一加權矩陣和第二加權矩陣、以及預設的與所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣轉換為變換矩陣的步驟之前，包括以下步驟:
[0061]步驟S201，將反饋控制量作為不受限制量，通過以下性能泛函構造哈密爾頓函數:
【權利要求】
1.一種用於抑制低頻振蕩的電網調控方法，其特徵在於，包括以下步驟: 獲取單機無窮大系統的狀態變量； 通過以下所述公式將獲取的狀態變量、預設的第一加權矩陣和第二加權矩陣、以及預設的與所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣轉換為變換矩陣:
2.根據權利要求1所述的用於抑制低頻振蕩的電網調控方法，其特徵在於，在所述獲取單機無窮大系統的狀態變量的步驟之前，還包括以下步驟: 對所述單機無窮大電網系統進行線性化分析，生成四階狀態方程，其中，所述四階狀態方程的狀態變量包括油動機輸出、系統容積輸出、系統頻率和系統功率。
3.根據權利要求2所述的用於抑制低頻振蕩的電網調控方法，其特徵在於，所述獲取單機無窮大系統的狀態變量的步驟包括以下步驟: 測量所述單機無窮大系統的油動機輸出、系統容積輸出、系統頻率和系統功率，生成所述狀態變量。
4.根據權利要求1所述的用於抑制低頻振蕩的電網調控方法，其特徵在於，在通過以下所述公式將獲取的狀態變量、預設的第一加權矩陣和第二加權矩陣、以及預設的與所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣轉換為變換矩陣的步驟之前，包括以下步驟: 將反饋控制量作為不受限制量，通過以下性能泛函構造哈密爾頓函數:
5.根據權利要求1所述的用於抑制低頻振蕩的電網調控方法，其特徵在於，所述將所述變換矩陣、所述第二加權矩陣和所述狀態變量，轉換為最優控制量的步驟包括以下步驟: 通過以下所述公式將所述變換矩陣轉換為狀態反饋增益矩陣:
K = R-1BtP ； 其中，K為反饋增益矩陣； 通過以下所述公式將所述狀態變量和所述反饋增益矩陣轉換為最優控制量: u* = -1T1BtPx = -Kx ； 其中，X為所述狀態變量，u*為最優控制量。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的用於抑制低頻振蕩的電網調控方法，其特徵在於，將所述最優控制量作為反饋控制量，對無窮大電網進行反饋調控的步驟包括以下步驟: 將所述最優控制量作為反饋控制量輸入到汽輪機的調速器中，調整所述調速器的閥門開度，完成對所述無窮大電網的低頻振蕩抑制。
7.一種用於抑制低頻振蕩的電網調控系統，其特徵在於，包括: 獲取模塊，用於獲取單機無窮大系統的狀態變量； 變換模塊，用於通過以下所述公式將獲取的狀態變量、預設的第一加權矩陣和第二加權矩陣、以及預設的與所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣轉換為變換矩陣: P = -PA-A1 P+ PBR 'B1 xP-Q., 其中，P為轉換矩陣，Q為第一加權矩陣，R為第二加權矩陣，A為系統狀態矩陣,B為系統控制矩陣； 轉換模塊，用於將所述變換矩陣、所述第二加權矩陣和所述狀態變量，轉換為最優控制量； 調控模塊，用於將所述最優控制量作為反饋控制量，對無窮大電網進行反饋調控。
8.根據權利要求7所述的用於抑制低頻振蕩的電網調控系統，其特徵在於，還包括預處理模塊，用於在獲取單機無窮大系統的狀態變量之前，對所述單機無窮大電網系統進行線性化分析，生成四階狀態方程，其中，所述四階狀態方程的狀態變量包括油動機輸出、系統容積輸出、系統頻率和系統功率。
9.根據權利要求7所述的用於抑制低頻振蕩的電網調控系統，其特徵在於，還包括模型模塊，用於在將獲取的狀態變量、預設的加權矩陣以及所述單機無窮大系統對應的系統狀態矩陣和系統控制矩陣轉換為變換矩陣之前: 將反饋控制量作為不受限制量，通過以下性能泛函構造哈密爾頓函數:
Ir J = -J (x1 Qx + u1 Ru)dl；

1
H [.r, u ,λ] — (xrQx+u tR ιι) + λ1 (Ax + Bu).2， 其中，J為性能泛函，Η[χ，u，λ]是哈密頓函數，u為反饋控制量，X為所述狀態變量； 通過獲取所述哈密頓函數的最小值，導出如下所述公式:
P = -PA - A1 P + PBR 1B1 xP-Q




O
10.根據權利要求7至9中任意一項所述的用於抑制低頻振蕩的電網調控系統，其特徵在於，所述調控模塊還用於將所述最優控制量作為反饋控制量輸入到汽輪機的調速器中，調整所述調速器的閥門開度，完成對所述無窮大電網的低頻振蕩抑制。
【文檔編號】H02J3/24GK103997048SQ201410231869
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】朱亞清, 潘鳳萍, 陳華忠, 龐志強, 李軍, 史玲玲 申請人:廣東電網公司電力科學研究院, 哈爾濱工業大學