本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)的整定方法，屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)屬于復(fù)雜非線性系統(tǒng)，已經(jīng)成為國家基礎(chǔ)設(shè)施中不可或缺的一部分。長距離輸電過程中，由于擾動的作用，原本的電力系統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生相對搖晃，產(chǎn)生了負(fù)阻尼作用。系統(tǒng)整個阻尼情況變得很差，一般比較小或者為負(fù)阻尼狀態(tài)。若是系統(tǒng)長期工作在這種負(fù)阻尼模態(tài)，則會出現(xiàn)低頻功率振蕩。電力系統(tǒng)控制主要通過阻尼控制器進(jìn)行抑制系統(tǒng)的低頻振蕩，以此來提高小擾動帶來的不穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器是電力系統(tǒng)中最常用、使用廣泛的抑制低頻振蕩的措施。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器增加阻尼不足，現(xiàn)有技術(shù)中整定電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)的方法無法確保參數(shù)的有效性，進(jìn)而使得對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩效果的評價結(jié)果不準(zhǔn)確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對以上不足，提出了一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)的整定方法，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的參數(shù)采用智能優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化求解。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)的整定方法，包括以下步驟：

步驟1：選擇單機無窮大電力系統(tǒng)建立的數(shù)學(xué)模型為分析基礎(chǔ)，取同步發(fā)電機的三階模型，即以發(fā)電機暫態(tài)電動勢E_q′、角速度ω、轉(zhuǎn)子功角δ為狀態(tài)變量，同時考慮勵磁反饋電壓E_fd為狀態(tài)變量建立四階狀態(tài)空間系統(tǒng)模型；

步驟:2：運用差分算法將步驟1中的四階狀態(tài)空間系統(tǒng)處理為典型小擾動的四階單機無窮大電力系統(tǒng)模型，具體形式為：

其中，Δω為發(fā)電機轉(zhuǎn)速的增量變化，Δδ為發(fā)電機功角的增量變化，ΔE'_q為發(fā)電機暫態(tài)電動勢的增量變化，ΔE_fd為勵磁反饋電壓的增量變化，D為阻尼系數(shù)；M為發(fā)電機轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)；ω₀為發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速；T_e為時間常數(shù)；K_e為放大倍數(shù)；T_d'₀為d軸開路暫態(tài)時間常數(shù)；其中K₁-K₆的表達(dá)式如下：

其余參數(shù)的含義如下：V_t為機端電壓，U_tq0為q軸初始電壓，U_td0為d軸初始電壓，E_q0為q軸初始電動勢；p_e為有功功率；X_e為折算的電抗，I_q0為q軸初始電流；U_c為初始電壓；X_d是同步發(fā)電機d軸的電抗；δ₀為初始功角，E_q為q軸電動勢，E'_q為電動機暫態(tài)電動勢，U_t0是初始電壓，X_L為聯(lián)絡(luò)線電抗；X_G是發(fā)電機的電抗；H_j是發(fā)電機轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)；X_q是同步發(fā)電機q軸的電抗；X'_d是同步發(fā)電機d軸的暫態(tài)電抗；X″_q是發(fā)電機q軸電抗；X″_d是發(fā)電機d軸電抗；T_d'是d軸暫態(tài)時間常數(shù)；T_d'是q軸暫態(tài)時間常數(shù)；計算上式中出現(xiàn)的參數(shù)；

步驟3：設(shè)計電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器以相位補償法為中心的方式，分別設(shè)計了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的超前環(huán)節(jié)、復(fù)位環(huán)節(jié)和放大環(huán)節(jié)，并和步驟2中的四階單機無窮大電力系統(tǒng)結(jié)合；

步驟4：運用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)優(yōu)化。

步驟3所述電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，其具體形式為：

其中：s為拉氏變換復(fù)變量；并采用優(yōu)化K、T₁、T₂三個重要參數(shù)，其三個參數(shù)的取值范圍限定為

其中：K為要設(shè)定的參數(shù)為增益；T₁為時間常數(shù)；T₂為時間常數(shù)；a₁為k的上限；a₂為時間常數(shù)的T₁上限；a₃為時間常數(shù)的T₂上限；b₁為k的下限；b₂為時間常數(shù)的T₁下限；b₃為時間常數(shù)的T₂下限，且a₁、a₂、a₃和b₁、b₂、b₃是選取的標(biāo)量。

所述K的取值范圍為0.1-10，所述T₁的取值范圍為0.1-1，所述T₂的取值范圍為0.1-1。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明以相位補償為中心，分別設(shè)計了超前環(huán)節(jié)、復(fù)位環(huán)節(jié)和放大環(huán)節(jié)，有效增加了系統(tǒng)阻尼。

2、本發(fā)明利用粒子群算法對穩(wěn)定器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時采用慣性權(quán)重線性變化的方式增加算法收斂性和快速性。

3、本方法有效抑制了系統(tǒng)低頻振蕩，并同時克服了穩(wěn)定器參數(shù)無法確保有效性的缺陷。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施的一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)優(yōu)化方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明實施過程含電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的電力系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型無干擾時角速度ω的仿真結(jié)果。

圖3是本發(fā)明實施過程含電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的電力系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型仿無干擾時功角δ的仿真結(jié)果。

圖4是本發(fā)明實施過程含電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的電力系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型在10s加入干擾時角速度ω的仿真結(jié)果。

圖5是本發(fā)明實施過程含電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的電力系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型在10s加入干擾時功角δ的仿真結(jié)果。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

以單機無窮大系統(tǒng)建立的數(shù)學(xué)模型為分析基礎(chǔ)，取同步發(fā)電機的三階模型，即：發(fā)電機暫態(tài)電動勢E'_q、角速度ω、轉(zhuǎn)子功角δ為狀態(tài)變量；勵磁系統(tǒng)視為簡單比例慣性環(huán)節(jié)：即考慮勵磁反饋電壓E_fd為狀態(tài)變量。則整個電力系統(tǒng)環(huán)節(jié)可以視作一個四階模型，在小擾動情況下，可以線性化得出整個系統(tǒng)的線性化方程式如下：

式中：Δω為發(fā)電機轉(zhuǎn)速的增量變化，Δδ為發(fā)電機功角的增量變化，ΔE'_q為發(fā)電機暫態(tài)電動勢的增量變化，ΔE_fd為勵磁反饋電壓的增量變化，D為阻尼系數(shù)；M為發(fā)電機轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)；ω₀為發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速；T_e為時間常數(shù)；K_e為放大倍數(shù)；T′_d0為d軸開路暫態(tài)時間常數(shù)。其中K₁-K₆的表達(dá)式如下：

其余參數(shù)的含義如下：V_t為機端電壓，U_tq0為q軸初始電壓，U_td0為d軸初始電壓，E_q0為q軸初始電動勢；p_e為有功功率；X_e為折算的電抗，I_q0為q軸初始電流；U_c為初始電壓；X_d是同步發(fā)電機d軸的電抗；δ₀為初始功角，E_q為q軸電動勢，E'_q為電動機暫態(tài)電動勢，U_t0是初始電壓，X_L為聯(lián)絡(luò)線電抗；X_G是發(fā)電機的電抗；H_j是發(fā)電機轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)；X_q是同步發(fā)電機q軸的電抗；X'_d是同步發(fā)電機d軸的暫態(tài)電抗；X″_q是發(fā)電機q軸電抗)(次暫態(tài))；X″_d是發(fā)電機d軸電抗(次暫態(tài))；T_d'是d軸暫態(tài)時間常數(shù)；T_d'是q軸暫態(tài)時間常數(shù)；在上述系統(tǒng)中，根據(jù)前邊所述電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)中，要設(shè)定的參數(shù)為增益k，時間常數(shù)T₁和時間常數(shù)T₂，如圖1中算法流程所示：本發(fā)明設(shè)計了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，其具體形式為：

其中：s為拉氏變換復(fù)變量；并采用優(yōu)化K、T₁、T₂三個重要參數(shù)，其三個參數(shù)的取值范圍限定為

其中：K為要設(shè)定的參數(shù)為增益；T₁為時間常數(shù)；T₂為時間常數(shù)；a₁為k的上限；a₂為時間常數(shù)的T₁上限；a₃為時間常數(shù)的T₂上限；b₁為k的下限；b₂為時間常數(shù)的T₁下限；b₃為時間常數(shù)的T₂下限，且a₁、a₂、a₃和b₁、b₂、b₃是選取的標(biāo)量。優(yōu)化后三個參數(shù)的值就存于上述三個值所組成的三維空間內(nèi)。選取優(yōu)化函數(shù)為ITAE(Integral of Time-weighted Absolute value of the Error)指標(biāo)，即：時間乘以誤差的絕對值再積分。這種優(yōu)化指標(biāo)可以控制系統(tǒng)的偏差趨于零。公式如下描述：

其中：J_ITAE為優(yōu)化指標(biāo)；t為時間；e(t)為誤差；t_f為積分上限；選定好優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并用解空間來限制搜索范圍，再根據(jù)粒子群優(yōu)化算法的思想。

本發(fā)明采用MATLAB/Simulink軟件進(jìn)行仿真，并用M語言實現(xiàn)粒子群優(yōu)化算法的整個過程。此外，電力系統(tǒng)的四階模型采用Simulink的模型來進(jìn)行仿真，選定的優(yōu)化指標(biāo)ITAE也在Simulink中實現(xiàn)。為方便程序運行，粒子群優(yōu)化算法和模型文件之間的交互調(diào)用必然會省事不少。圖2和圖3是本發(fā)明實施過程含電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的電力系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型無干擾時角速度ω和功角δ的變化情況，從圖中可以看出，經(jīng)優(yōu)化后的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，系統(tǒng)表現(xiàn)出快速收斂性，性能極佳。

圖4和圖5是本發(fā)明實施過程含電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的電力系統(tǒng)傳遞在10s的時候加入干擾后角速度ω和功角δ的變化情況，從圖中可以看出，系統(tǒng)表現(xiàn)出極強的適應(yīng)性，抗干擾能力強，收斂速度快。