專利名稱：基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說，是一種基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法。
背景技術(shù)：
復(fù)雜電網(wǎng)區(qū)域間低頻振蕩已成為限制互聯(lián)系統(tǒng)輸電能力、影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之一，直流輸電系統(tǒng)的功率調(diào)制可有效抑制系統(tǒng)功率振蕩、改善互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而直流功率調(diào)制效果的優(yōu)劣取決于調(diào)制信號的篩選和控制策略的選取。
傳統(tǒng)的直流附加功率控制器一般基于系統(tǒng)的線性化模型，采用成熟的線性控制理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，這類傳統(tǒng)的控制方法已在實(shí)際系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，但這種控制器不能隨系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)的變化自動(dòng)適應(yīng)調(diào)整控制參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)受擾動(dòng)較大時(shí)，控制器難以發(fā)揮預(yù)期效果，而非線性控制器可在系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)較廣范圍內(nèi)具有良好的控制效果，特別是在系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)、實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離原運(yùn)行點(diǎn)后，非線性控制器仍具有較好的控制性能，基于非線性控制理論的直流附加控制器設(shè)計(jì)已引起廣大學(xué)者的重視。然而，直流非線性功率調(diào)制控制策略的設(shè)計(jì)需對所聯(lián)的交流系統(tǒng)適當(dāng)?shù)戎?，目前，常用的?dòng)態(tài)等值方法為同調(diào)等值法，但這種等值方法應(yīng)用于直流非線性功率調(diào)制控制策略設(shè)計(jì)中主要存在兩方面不足(I)等值精度直接影響到直流調(diào)制的效果，而同調(diào)等值方法的精度有待提高；(2)基于等值系統(tǒng)設(shè)計(jì)的非線性控制器通常需全狀態(tài)反饋，對于實(shí)際電力系統(tǒng)，全狀態(tài)反饋控制器目前難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是對傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)等值方法進(jìn)行實(shí)質(zhì)性改進(jìn)和創(chuàng)新，提出一種基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法，能夠使非線性控制器在系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)較廣范圍內(nèi)具有良好的控制效果，特別是在系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)、實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離原運(yùn)行點(diǎn)后，非線性控制器仍具有較好的控制性能。本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，一種基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法，其特征是，它包括下列步驟
一種基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法，其特征包括下列步驟
O求取振蕩參與因子求取振蕩參與因子，根據(jù)振蕩參與因子大小判斷區(qū)域間振蕩時(shí)各發(fā)電機(jī)參與程度；
2)定義動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子以振蕩參與因子為權(quán)系數(shù)對發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)聚合，定義動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子以確定等值慣量中心主導(dǎo)機(jī)群；
3)慣性中心轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程對區(qū)域內(nèi)發(fā)電機(jī)進(jìn)行聚合，得到以動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子為權(quán)系數(shù)的等值慣性中心的等值轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)速，推導(dǎo)出等值慣性中心的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，完成對兩端交流系統(tǒng)的區(qū)域間等值，并推導(dǎo)直流系統(tǒng)狀態(tài)方程，得到等值后的交直流混合系統(tǒng)微分代數(shù)方程組；4)非線性最優(yōu)控制規(guī)律以兩端等值系統(tǒng)的相對轉(zhuǎn)子角增量作為直流功率調(diào)制的控制輸出，以等值慣性中心的等值轉(zhuǎn)子角、角速度、慣性時(shí)間常數(shù)和交流聯(lián)絡(luò)線傳輸?shù)挠泄β蕵?gòu)建微分代數(shù)模型，判斷其是否存在微分同胚坐，若存在，將非線性微分代數(shù)系統(tǒng)經(jīng)過坐標(biāo)映射轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)并得到對應(yīng)的坐標(biāo)映射下的能控標(biāo)準(zhǔn)型，找到其對應(yīng)的直流功率控制輸入。，最后根據(jù)線性最優(yōu)二次型原理和微分同胚可逆性推導(dǎo)出非線性最優(yōu)控制規(guī)律。所述I)求取振蕩參與因子是根據(jù)實(shí)際電力系統(tǒng)中以z為狀態(tài)變量、為代數(shù)變量的微分代數(shù)方程來進(jìn)行描述，按照公式(I)對微分代數(shù)方程在系統(tǒng)平衡點(diǎn)處進(jìn)行泰勒級數(shù)展開，由此得到Λ^，即為公式(2)的微分代數(shù)在平衡點(diǎn)a)處線性化后的雅可比矩陣；通過schur補(bǔ)定理得到公式(3)的降階雅可比矩陣/■;求對應(yīng)的特征值，構(gòu)
造出Jordan標(biāo)準(zhǔn)型矩陣yl和其對應(yīng)的右特征向量矩陣仏根據(jù)左右特征向量矩陣之間的
關(guān)系Kt=R1得出左特征向量矩陣K;根據(jù)矩陣?yán)碚摚膳cA等價(jià)，得到/■、4、U、K必
滿足關(guān)系式Λ =KT/_Z/;在已知左、右特征向量矩陣K、V情況下，由公式(4)求得振蕩參與因子是一個(gè)綜合指標(biāo)，用來描述第A個(gè)模式與第i個(gè)狀態(tài)變量之間的可觀性及可控性，即確定在某一震蕩模式下發(fā)電機(jī)的敏感程度，根據(jù)的大小來判斷各自區(qū)域慣量中心占主導(dǎo)地位的機(jī)組；
權(quán)利要求
1.一種基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法，其特征包括下列步驟 1)求取振蕩參與因子求取振蕩參與因子，根據(jù)振蕩參與因子大小判斷區(qū)域間振蕩時(shí)各發(fā)電機(jī)參與程度； 2)定義動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子以振蕩參與因子為權(quán)系數(shù)對發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)聚合，定義動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子以確定等值慣量中心主導(dǎo)機(jī)群； 3)慣性中心轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程對區(qū)域內(nèi)發(fā)電機(jī)進(jìn)行聚合，得到以動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子為權(quán)系數(shù)的等值慣性中心的等值轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)速，推導(dǎo)出等值慣性中心的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，完成對兩端交流系統(tǒng)的區(qū)域間等值，并推導(dǎo)直流系統(tǒng)狀態(tài)方程，得到等值后的交直流混合系統(tǒng)微分代數(shù)方程組； 4)非線性最優(yōu)控制規(guī)律以兩端等值系統(tǒng)的相對轉(zhuǎn)子角增量作為直流功率調(diào)制的控制輸出，以等值慣性中心的等值轉(zhuǎn)子角、角速度、慣性時(shí)間常數(shù)和交流聯(lián)絡(luò)線傳輸?shù)挠泄β蕵?gòu)建微分代數(shù)模型，判斷其是否存在微分同胚坐，若存在，將非線性微分代數(shù)系統(tǒng)經(jīng)過坐標(biāo)映射轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)并得到對應(yīng)的坐標(biāo)映射下的能控標(biāo)準(zhǔn)型，找到其對應(yīng)的直流功率控制輸入^。，最后根據(jù)線性最優(yōu)二次型原理和微分同胚可逆性推導(dǎo)出非線性最優(yōu)控制規(guī)律。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法，其特征在于所述I)求取振蕩參與因子是根據(jù)實(shí)際電力系統(tǒng)中以z為狀態(tài)變量、為代數(shù)變量的微分代數(shù)方程來進(jìn)行描述，按照公式(I)對微分代數(shù)方程在系統(tǒng)平衡點(diǎn)處進(jìn)行泰勒級數(shù)展開，由此得到Λ^，即為公式(2)的微分代數(shù)在平衡點(diǎn)處線性化后的雅可比矩陣；通過schur補(bǔ)定理得到公式(3)的降階雅可比矩陣/_;求對應(yīng)的特征值，構(gòu)造出Jordan標(biāo)準(zhǔn)型矩陣/I和其對應(yīng)的右特征向量矩陣仏根據(jù)左右特征向量矩陣之間的關(guān)系Kt=R1得出左特征向量矩陣K;根據(jù)矩陣?yán)碚?，?-與^!等價(jià)，得到^!、仏K必滿足關(guān)系式y(tǒng)l =KT/_Z/;在已知左、右特征向量矩陣K、V情況下，由公式(4)求得振蕩參與因子Α,.，是一個(gè)綜合指標(biāo)，用來描述第左個(gè)模式與第i個(gè)狀態(tài)變量之間的可觀性及可控性，即確定在某一震蕩模式下發(fā)電機(jī)的敏感程度，根據(jù)的大小來判斷各自區(qū)域慣量中心占主導(dǎo)地位的機(jī)組；
3.根據(jù)權(quán)利要求I基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法，其特征在于所述步驟2)中定義動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子是以確定等值慣量中心主導(dǎo)機(jī)群，公式(5)是公式(3)的時(shí)域解析表達(dá)式，考慮狀態(tài)變量ita在某一確定振蕩模式Jb下隨時(shí)間變化的趨勢，公式(5)進(jìn)一步簡化為公式(6),忽略振蕩頻率的影響,取ΔΤ 。=1，G) =Orad/s,在i=ls時(shí),對公式(6)取對數(shù)，經(jīng)過變換后得到公式(7)動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子，其中As代表某一振蕩模式Λ下的狀態(tài)變量，為化在；下的參與因子-’D為發(fā)電機(jī)阻尼系數(shù);//為發(fā)電機(jī)慣性時(shí)間常數(shù)；份為振蕩頻率，為振蕩參與因子；
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法，其特征在于所述步驟3)求得動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子^后，按照公式(8)對區(qū)域內(nèi)發(fā)電機(jī)進(jìn)行聚合，區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)慣量中心采用動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子作為權(quán)系數(shù)，得到其等值轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)速；按照公式(9)在慣量中心坐標(biāo)下，得到各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角以及轉(zhuǎn)速；根據(jù)區(qū)域內(nèi)各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程證明公式(10)成立；由公式(8)、(9)得到公式(11)區(qū)域內(nèi)等值慣量中心運(yùn)動(dòng)方程；對公式(11)各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角和轉(zhuǎn)速求導(dǎo)可得公式(12):由公式(13)得到機(jī)組動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性指標(biāo)；定義Ldyi G卜Α)為A區(qū)域內(nèi)第i臺機(jī)組動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性指標(biāo)，Zoy的意義定量評價(jià)發(fā)生振蕩后區(qū)域內(nèi)各機(jī)組的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，找到區(qū)域內(nèi)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性較弱的機(jī)組，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性較弱的機(jī)組會(huì)對整個(gè)區(qū)域的慣量中心運(yùn)動(dòng)軌跡起決定作用，其中久.、//,.、δPcoi為第i臺發(fā)電機(jī)的阻尼系數(shù)、慣性時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)速，δ ,⑶P ω,肌為慣性中心轉(zhuǎn)子角及轉(zhuǎn)速；以慣性中心的轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)速構(gòu)建慣性中心坐標(biāo)系，^分別為基于慣性中心坐標(biāo)下的各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角以及轉(zhuǎn)速；δ ’Ε0、ω ’Ε0、Η’Ε0分別為單機(jī)無窮大等值系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子角、角速度以及慣性常數(shù)；
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法，其特征在于所述步驟3)中對于兩端交直流混合輸電系統(tǒng)的區(qū)域間振蕩，利用“雙機(jī)等值”概念進(jìn)行描述，區(qū)域間振蕩將整個(gè)系統(tǒng)分割成兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)的子系統(tǒng)^和A ;對于區(qū)域^中的η臺發(fā)電機(jī)在區(qū)域間振蕩時(shí)必有一個(gè)慣量中心，記為0 ;而區(qū)域沒的》臺發(fā)電機(jī)，也有相應(yīng)的慣量中心，記為;根據(jù)雙機(jī)等值原理與單機(jī)無窮大系統(tǒng)之間的對應(yīng)關(guān)系，采用上述區(qū)域內(nèi)等值慣性中心的轉(zhuǎn)子角、角速度及慣性常數(shù)公式(14)和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程公式(15)；其中Α、//,.、δ” OJi為第i臺發(fā)電機(jī)的阻尼系數(shù)、慣性時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)速，δ，ωι、ω’ C0I為慣性中心的轉(zhuǎn)子角及轉(zhuǎn)速；&、&分別為慣性中心坐標(biāo)下的各發(fā)電及轉(zhuǎn)子角以及轉(zhuǎn)速；δ ’ Ε0、ω ^0Je0分別為單機(jī)無窮大等值系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子角、角速度以及慣性常數(shù)；考慮到區(qū)域間機(jī)組的相對運(yùn)動(dòng)，定義互聯(lián)區(qū)域機(jī)組動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性指標(biāo)為公式(16);
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法，其特征在于所述步驟3)中所述的直流系統(tǒng)狀態(tài)方程和等值后系統(tǒng)代數(shù)方程，將直流系統(tǒng)功率調(diào)制視為一階慣性環(huán)節(jié)，其狀態(tài)方程公式(17);等值系統(tǒng)代數(shù)方程由直流換流母線功率平衡方程組成為公式(18);其中為直流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β蕦?shí)際值'Pdcref為直流系統(tǒng)功率設(shè)定值'Tdc為直流系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)等效時(shí)間常數(shù)'Udc為直流系統(tǒng)功率調(diào)制控制輸入'Pdr為整流側(cè)注入換流母線的有功功率Wifr為整流側(cè)注入的無功功率'Pdi為逆變側(cè)注入換流母線的有功功率'Qdi為逆變側(cè)注入換流母線的無功功率xPLi、Qu為負(fù)荷的實(shí)際有功、無功功率；%表示為i節(jié)點(diǎn)與J節(jié)點(diǎn)的電壓相位角差-,K.、Vj為各母線實(shí)際電壓幅值；
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子的多機(jī)系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法，其特征在于所述步驟4)是以簡單4機(jī)交直流互聯(lián)系統(tǒng)為例，即兩端為交流系統(tǒng)，中間為直流系統(tǒng)，每端各有兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)接入直流輸電線路，以相對轉(zhuǎn)子角增量作為直流功率調(diào)制的控制輸出，以等值慣性中心的等值轉(zhuǎn)子角、角速度、慣性時(shí)間常數(shù)和交流聯(lián)絡(luò)線傳輸?shù)挠泄β蕵?gòu)建微分代數(shù)模型公式(19);檢驗(yàn)公式(19)是否存在微分同胚，根據(jù)微分代數(shù)系統(tǒng)關(guān)系度定義，由公式(20)計(jì)算可得系統(tǒng)關(guān)系度r=3，等于系統(tǒng)狀態(tài)變量的維數(shù)，故微分代數(shù)模型系統(tǒng)存在微分同胚坐標(biāo)映射，選取系統(tǒng)局部微分同胚映射z= 0 Cr)，按照公式(21)求得對應(yīng)的Z坐標(biāo)映射下的能控標(biāo)準(zhǔn)型；對于推導(dǎo)出的公式(21)其對應(yīng)的控制輸入公式(22)，由線性最優(yōu)二次型原理和微分同胚可逆性，按照公式(23)推導(dǎo)出非線性最優(yōu)控制規(guī)律，其中
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交直流混合系統(tǒng)直流功率調(diào)制控制方法，包括步驟1、求取振蕩參與因子，根據(jù)振蕩參與因子大小判斷區(qū)域間振蕩時(shí)各發(fā)電機(jī)參與程度；步驟2、以振蕩參與因子為權(quán)系數(shù)對發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)聚合，定義動(dòng)態(tài)響應(yīng)因子以確定等值慣量中心主導(dǎo)機(jī)群；步驟3、對區(qū)域內(nèi)發(fā)電機(jī)進(jìn)行聚合，得到等值慣性中心的等值轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)速，推導(dǎo)出等值慣性中心的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，完成對兩端交流系統(tǒng)的等值；步驟4、針對等值系統(tǒng)特點(diǎn)并推導(dǎo)直流系統(tǒng)狀態(tài)方程，構(gòu)建交直流混合系統(tǒng)的微分代數(shù)模型，推導(dǎo)出非線性最優(yōu)功率調(diào)制控制方法。該控制方法采用等值主導(dǎo)機(jī)群的狀態(tài)量作為調(diào)制輸入，有效降低了控制策略的實(shí)現(xiàn)難度。
文檔編號H02J3/46GK102938567SQ20121042263
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者陳厚合, 李國慶, 姜濤, 王振浩, 王鶴, 王利猛, 辛業(yè)春, 于娜, 殷琦 申請人:東北電力大學(xué)