[0033] 圖4裝設(shè)控制器前的區(qū)間聯(lián)絡(luò)線振蕩功率曲線
[0034] 圖5不同時滯下的PID參數(shù)分布范圍
[0035] 圖6時滯大范圍變化曲線
[0036] 圖7裝設(shè)具有大范圍變化時滯自適應(yīng)能力的PID阻尼控制器后的區(qū)間聯(lián)絡(luò)線振蕩 功率曲線
【具體實施方式】：
[0037] 下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不 限于此。
[0038] 本發(fā)明針對廣域電力系統(tǒng)在區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)過程中出現(xiàn)的低頻振蕩問題以及PMU 信號時滯大范圍變化現(xiàn)象，設(shè)計了具有大范圍變化時滯自適應(yīng)能力的廣域PID阻尼控制 器。該廣域PID阻尼控制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括：廣域測量信號預(yù)處理模塊、時滯 比較器、比例（P)環(huán)節(jié)、積分（I)環(huán)節(jié)、微分（D)環(huán)節(jié)、PID參數(shù)存儲模塊、PID參數(shù)選取重設(shè) 模塊、輸出限幅環(huán)節(jié)。其中，電力系統(tǒng)WAMS中的PMU信號輸入到該時滯PID阻尼控制器的測 量信號預(yù)處理模塊，剔除錯誤的數(shù)據(jù)和遲到的數(shù)據(jù)，確保從測量信號預(yù)處理模塊輸出的數(shù) 據(jù)一直是最新的，并將其與穩(wěn)態(tài)值進(jìn)行比較后送入PID環(huán)節(jié)；時滯比較器根據(jù)PMU信號的實 際時滯選取對應(yīng)的時滯區(qū)間；PID參數(shù)選取重設(shè)模塊根據(jù)PMU信號實際時滯所在時滯區(qū)間， 從PID參數(shù)存儲模塊中選取對應(yīng)的PID參數(shù)并重設(shè)比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)的參數(shù)； PID環(huán)節(jié)輸出的阻尼控制信號經(jīng)過限幅環(huán)節(jié)后送入低頻振蕩調(diào)控裝置，作為附加控制信號 參與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。
[0039] 廣域PID阻尼控制器的參數(shù)選取步驟如圖2所示，具體如下：
[0040] (1)確定電力系統(tǒng)低頻振蕩模式，包括特征根、振蕩頻率、阻尼值、參與機(jī)組，從中 篩選出區(qū)間低頻振蕩模式；
[0041] (2)針對區(qū)間低頻振蕩模式，分析同步PMU信號對該模式的可觀性，從中篩選出區(qū) 間低頻振蕩的廣域反饋控制信號，常見的有發(fā)電機(jī)功角和轉(zhuǎn)速信號、聯(lián)絡(luò)線有功功率信號； 分析電力系統(tǒng)現(xiàn)有的調(diào)控裝置，可選的低頻振蕩穩(wěn)定調(diào)控裝置有發(fā)電機(jī)勵磁裝置、高壓直 流（HVDC)控制裝置、靜態(tài)無功補(bǔ)償（SVC)裝置等柔性交流輸電（FACTS)裝置，從中選取對 該模式具有較高可控性的調(diào)控裝置作為阻尼控制的執(zhí)行器；
[0042] (3)確定電力系統(tǒng)從步驟（2)中所選定的阻尼調(diào)控裝置輸入端U至廣域反饋控 制信號Y的局部線性化傳遞函數(shù)模型G(S) =N(s)e TS/D(S)，其中N(s) =bmsm+bmlsm1+… +bp+b。，D(s) = sn+an !Sn i+.-.+ap+a。，τ 為時滯；
[0043] (4)評估廣域PMU信號可能的時滯分布范圍[τ _，τ _]，并將其劃分為X個時 滯區(qū)間，每個時滯區(qū)間的時滯取其中間值，第j個時滯區(qū)間為[i_+(j-l) ( τ_- τ_)/Χ， τηιΛ?(τηΜ-τηιη)/Χ]，其中j = 1，2，……，X，該區(qū)間的時滯τ』取τ τ議+(2」_1) (τmx- τ _) /2Χ ;
[0044] (5)根據(jù)步驟（4)中的廣域反饋控制信號的時滯τ ,和步驟⑶中的電力系統(tǒng)傳 遞函數(shù)模型G(S)，分別計算不同時滯下能夠確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定的PID參數(shù)分布范圍；
[0045] (6)分別為步驟（4)中的每個時滯區(qū)間[τ_+υ-1)(τ_-τ_)/Χ， τ _+j ( τ τ _)/X]，從步驟（5)中的分布范圍中選取一組參數(shù)作為時滯PID阻尼控制器 的參數(shù)，并存入PID參數(shù)存儲模塊。
[0046] 所述步驟（5)中，針對步驟（3)中獲取的電力系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型G(S)以及步驟 (4)中設(shè)定的廣域PMU反饋控制信號的時滯分布區(qū)間，按以下幾個步驟計算第j個時滯區(qū)間 的時滯τ j對應(yīng)的PID阻尼控制器的參數(shù)分布范圍（K Pj，KDj，Klj):
[0047] (a)選取足夠大的1，若η是偶數(shù)，則令Z = 21 π，否則令Z = 21 π + π /2 ;令s = jz/ τ，ζ 為實數(shù)；假定 Q 是曲線 f2(z) = -Q1 (ζ)/[N12(ζ)+Ni2(Z)]與直線 fjz) = Kp在區(qū) 間（〇，Z)內(nèi)的交點數(shù)量，其中 Q1 (z) = [Dr (Z)Nr (ζ)+0?(ζ)Ν?(ζ)](：〇8(ζ)-〇^ (z)Nr (Z)-Dr (z) N1(Z) = Sin(Z), Nr(ZhN1(Z)Uz)Uz)分別為 N(jz/〇 和 D(jz/〇 的實部和虛部；確 定Kp的分布范圍[K Pj_，KpjniaJ，使Q滿足下式：
[0049] 其中，I (N)、r (N)和j (N)分別為N(S)在s左半平面、右半平面和正虛軸上的零點 數(shù)量；
[0050] (b)將Kpj分布范圍[K Pj_，KpjniaJ等間隔分為F段，間隔點分別為KPj。、K pjl、 Kp.j2、......、Kpji'KPj(i+1)、......、K PjF，其中 i - 0、1、2、......、F，Kpj0 - K Pjmin，KPjF - K Pjmax；
[0051] (c)對于給定的 Kp= K Pji，其中 i = 0、1、2、......、F，計算 q(z，KP)= {?ω+ΚρΕΝ/ω+Ν^ωΒζ/τ在區(qū)間[0, Z)內(nèi)不同的實零點，從小5IJ大依次為Z0、Zl、 Z2、......、Zc 1，且 Zc - Z ;
[0052] (d)對于 t = 1、2、......、c，如果N(_jzt/ τ ) = 〇,則 it= 〇 ;若N(_s)在原點有個零 點，則令 i。= sgnWIipJzU/dzIz =。），其中sgn()為符號函數(shù)，P1 (z) =HIiDi(Z)Nr(Z)-Dr(Z) NjzUcosbHIiDjzMJzHDjzMdzUsinbMz/ τ ;否則 it= -1 或 1，具體由下式?jīng)Q定：
[0057] 假設(shè)滿足上述條件的集合I有h組；
[0058] (e)若根據(jù)步驟⑷得到的I是唯一的，計算由不等式組[K「A (Zt) KD+B (Zt)] it>〇 確定的（KWi，Klji)穩(wěn)定區(qū)間的交集 Sji，其中 A(zt) = zt2/ τ 2, B(zt) = P1(Zt)/ [Nr2 (zt)+N12 (zt)], t = 0.U2,……、c，且 t 滿足 N(jzt/T)乒 0 ;若 I 不是唯一的，（KDjl， Kui)則是步驟（d)中的h組I所對應(yīng)的穩(wěn)定區(qū)間的并集s]1;
[0059] (f)返回步驟（c)，直至所有的KP]1所對應(yīng)的〇(_，％)穩(wěn)定區(qū)間S jl計算完畢。
[0060] (g)得到能夠確保時滯為τ j時系統(tǒng)G (s)穩(wěn)定的時滯PID參數(shù)分布范圍（Κ Pj，KDj， Klj)為（KPjl，Sjl),其中 i = 0、1、2、……、F，j = l，2，……，X。
[0061] 實施案例：四機(jī)兩區(qū)域電力系統(tǒng)仿真分析
[0062] 如圖3所示的四機(jī)兩區(qū)域電力系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)Gl和G2位于區(qū)域1，發(fā)電機(jī)G3和G4 位于區(qū)域2,兩個區(qū)域通過長聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)，區(qū)域1通過長聯(lián)絡(luò)線向區(qū)域2傳輸有功功率。通 過小干擾穩(wěn)定特征根分析可知，該系統(tǒng)存在3種低頻振蕩模式，詳見表1，其中模式1是區(qū)間 低頻振蕩模式，區(qū)域1中的Gl和G2相對區(qū)域2中的G3和G4存在低頻功率振蕩，振蕩頻率 為0. 5389Hz，阻尼值為0. 0099。由于阻尼值很小，因此該系統(tǒng)一旦受到擾動便會長時間劇 烈振蕩，其中聯(lián)絡(luò)線功率振蕩曲線如圖4所示。
[0063] 根據(jù)可觀性和可控性原則，結(jié)合電力系統(tǒng)的實際PMU配置和控制調(diào)節(jié)能力，選擇 發(fā)電機(jī)G2與發(fā)電機(jī)G4之間的相對角速度（ω 2-ω4)作為反饋信號Υ，ωι、ω2、《3和ω 4 分別為發(fā)電機(jī)G1、G2、G3和G4的角速度，可由PMU測量；選擇發(fā)電機(jī)G2的勵磁系統(tǒng)作為附 加阻尼控制的執(zhí)行器，時滯PID阻尼控制器的輸出端連接G2的勵磁控制器的附加控制輸 入端U;大范圍變化的時滯τ分布區(qū)間為[50ms，350ms]，可將其劃分為三個區(qū)間：[50ms， 150ms], [150ms,250ms], [250ms,350ms]〇
[0064] 采取小干擾穩(wěn)定分析方法，確定從發(fā)電機(jī)G2勵磁控制裝置輸入端U至廣域反饋控 制信號Y的線性化傳遞函數(shù)模型為28階，降為5階后的傳遞函數(shù)為G(S) =N(S)eTS/D(s)， 其中
[0065] N(s) =0· 02243s4-5. 295s3-4. 187s2-99. 31s-7. 837
[0066] D(s) = s5+21. 88s4+87. 95s3+1109s2+917. 5s+9788
[006