7] 對于如圖I所示的電力系統(tǒng)時(shí)滯PID阻尼控制器，分別計(jì)算時(shí)滯為100ms、200ms、 300ms時(shí)的PID參數(shù)的分布范圍如圖5所示，選取PID參數(shù)三維分布空間的重心作為時(shí)滯 PID阻尼控制器的參數(shù)，則不同時(shí)滯區(qū)間對應(yīng)的時(shí)滯PID阻尼控制器參數(shù)列于表2中，將其 存入PID參數(shù)存儲模塊中供實(shí)際運(yùn)行中調(diào)用。
[0068] 假設(shè)圖3所示四機(jī)兩區(qū)域電力系統(tǒng)0.1 s時(shí)刻，聯(lián)絡(luò)線7-8 -條回路在靠近母線7 處發(fā)生三相接地短路，50ms后連接母線7的故障聯(lián)絡(luò)線端斷開，再過50ms后連接母線8的 故障聯(lián)絡(luò)線端斷開，此時(shí)該系統(tǒng)以單回路聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)繼續(xù)運(yùn)行。在此過程中，受三相接地短 路故障的沖擊影響，系統(tǒng)將經(jīng)歷一個(gè)暫態(tài)過程。未安裝阻尼控制器前，由于系統(tǒng)存在阻尼值 很小的低頻振蕩模式，因此如圖4所示，區(qū)間聯(lián)絡(luò)線的功率出現(xiàn)了幅值很大的振蕩。假設(shè) PMU反饋控制信號的實(shí)際時(shí)滯如圖6所示在大范圍中變化，安裝具有自適應(yīng)能力的時(shí)滯PID 阻尼控制器后，如圖7所示區(qū)間聯(lián)絡(luò)線8-9的功率振蕩得到了快速有效抑制。
[0069] 表1低頻振蕩模式分析結(jié)果
[0071] 表2 PID參數(shù)選取結(jié)果
[0072]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 具有大范圍變化時(shí)滯自適應(yīng)能力的廣域PID阻尼控制器，其特征在于：廣域測量信 號預(yù)處理模塊、時(shí)滯比較器、比例（巧環(huán)節(jié)、積分（I)環(huán)節(jié)、微分值）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(shí) 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(shí)滯 比較器根據(jù)PMU信號的實(shí)際時(shí)滯選取對應(yīng)的時(shí)滯區(qū)間；PID參數(shù)選取重設(shè)模塊根據(jù)PMU信 號實(shí)際時(shí)滯所在時(shí)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。2. 如權(quán)利要求1所述的廣域PID阻尼控制器的設(shè)計(jì)方法，步驟如下： (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； (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（FACT巧裝置，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； (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"/D(S),其中N(S) =bmSm+bmiSml+…+biS+b。， D(S) =s"+a。iS"i+'''+aiS+a。，S為復(fù)數(shù)，m和n分別為多項(xiàng)式N(S)和D(S)的階數(shù)，b。、 bn......、bm為N(S)關(guān)于S多項(xiàng)式的系數(shù)，曰。、曰1、......、曰。1為D(S)關(guān)于S多項(xiàng)式的系數(shù)， T為時(shí)滯； (4) 評估廣域PMU信號可能的時(shí)滯分布范圍[Tmi。，TmJ,Tmi。和Tm。、分別為時(shí)滯T的下限和上限，并將其劃分為X個(gè)時(shí)滯區(qū)間，每個(gè)時(shí)滯區(qū)間的時(shí)滯取其中間值，第j個(gè)時(shí)滯 區(qū)間為[Tmm+(j-1) (Tmax-TmJ/X，Tmm+j(Tmax-TmJAL其中j= 1，2，......，X，該區(qū)間 的時(shí)滯T.i取Ti=Imm+(2j-l) (Tmax-TmJ/2X; (5) 根據(jù)步驟（4)中的廣域反饋控制信號的時(shí)滯T,和步驟（3)中的電力系統(tǒng)傳遞函 數(shù)模型G(S)，分別計(jì)算不同時(shí)滯下能夠確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定的PID參數(shù)分布范圍； (6) 分別為步驟（4)中的每個(gè)時(shí)滯區(qū)間[Tmi"+(j-l)(Tmax-TmJ/X， Tmi。+j(Tm。、-TmJ/幻，從步驟妨中的分布范圍中選取一組參數(shù)作為時(shí)滯PID阻尼控制器 的參數(shù)，并存入PID參數(shù)存儲模塊。3. 如權(quán)利要求2所述的廣域PID阻尼控制器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述步驟巧） 中，針對步驟（3)中獲取的電力系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型G(S)W及步驟（4)中設(shè)定的廣域PMU反 饋控制信號的時(shí)滯分布區(qū)間，按W下幾個(gè)步驟計(jì)算第j個(gè)時(shí)滯區(qū)間的時(shí)滯T，對應(yīng)的PID阻 尼控制器的參數(shù)分布范圍（Kp，，Kd,，Ku)，其中Kp為比例環(huán)節(jié)系數(shù)，KI為積分環(huán)節(jié)系數(shù)，KD為 微分環(huán)節(jié)系數(shù)，下標(biāo)j代表第j個(gè)時(shí)滯區(qū)間： (a)選取足夠大的實(shí)數(shù)1，由其確定實(shí)數(shù)變量Z的分布范圍[0,幻，其中Z為分布范圍的 上限；若n是偶數(shù)，則令Z= 21 ，否則令Z= 21 + 31 /2 ;令S=jz/T，Z為實(shí)數(shù)變量，j 為虛數(shù)單位；假定Q是曲線f2(z) =-Qi(z)/[Nr2(z)+Ni2(z)]與直線fi(Z) =Kp在區(qū)間（0， 口 內(nèi)的交點(diǎn)數(shù)量，其中Ql(Z) =IiDr(Z)Nr(Z)+Di(Z)Ni(Z)]COS(Z)-Q)i(Z)Nf(Z)-Df(Z)Ni(Z)]sin(z)，Nr(z)、Ni(z)、Dr(z)、Di(z)分別為N(jz/T)和D(jz/T)的實(shí)部和虛部；確定Kp的 分布范圍恥，mi。，Kp，mJ，其中Kpmm和KPmax分別為KP的下限和上限，下標(biāo)j代表第j個(gè)時(shí)滯 區(qū)間，使Q滿足下式：若m+n是偶數(shù) 若m是偶數(shù)，n是奇數(shù) 若m是奇數(shù)，n是偶數(shù) 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(diǎn)數(shù) 量； 化）將Kp汾布范圍[KPimm，KpimJ等間隔分為F段，間隔點(diǎn)分別為Kpi〇、Kpii、Kpi2、……、 Kpji、Kpj (i + 1)、......、KpjF,其中i- 0、1、2、......、F，KpjO - Kpjmin'KpjF - K Pjmax; (C)對于給定的Kp=Kp.ji，其中i= 0、1、2、 ......、F，計(jì)算q(z，Kp)= {qi(z)+Kp吹2(z)+Ni2(z)]}z/t在區(qū)間[0,幻內(nèi)不同的實(shí)零點(diǎn)，假設(shè)共有C個(gè)，從小至IJ大依 次為Z〇、Zi、Z2、......、Zc1，且Zc=Z; (d) 對于t= 1、2、......、C，如果N(-jZt/T) = 0,則it= 0 ;若N(-s)在原點(diǎn)有個(gè)零 點(diǎn)，則令1。=8即((1[口1仁)]/化|,=。），其中8即〇為符號函數(shù)，口1仁）=-{化仁化仁)-〇,仁）Ni(z)]cos(z) +l!^(z)NjXz)+Di(z)Ni(z)]sin(z)}z/T;否則it= -1 或 1，具體由下式?jīng)Q定：若Tl是偶數(shù) 若Tl是奇數(shù) 其中假設(shè)滿足上述條件的集合I有h組； (e) 若根據(jù)步驟（d)得到的I是唯一的，計(jì)算由不等式組也-A(Zt)KD+B(Zt)]it〉0確定 的化D.ji，Ki.ji)穩(wěn)定區(qū)間的交集S.ji，其中A(Zt) =ZッT2，B(Zt) =Pi(Zt)/[Nf2(Zt)+Ni2(Zt)]， t= 0、1、2、……、c，下標(biāo)j代表第j個(gè)時(shí)滯區(qū)間，下標(biāo)i代表對應(yīng)第i個(gè)Kp間隔點(diǎn)，且t滿 足N(jzt/T)聲0;若I不是唯一的，化。,1，Ki,i)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，i; 訊返回步驟（C)，直至所有的Kpii所對應(yīng)的化W，Ki.il)穩(wěn)定區(qū)間Sji計(jì)算完畢。 (g)得到能夠確保時(shí)滯為Tj時(shí)系統(tǒng)G(S)穩(wěn)定的時(shí)滯PID參數(shù)分布范圍化WKu,Ku)
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)時(shí)滯PID阻尼控制器，屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)領(lǐng)域。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(shí)滯大范圍變化現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了具有大范圍變化時(shí)滯自適應(yīng)能力的廣域PID阻尼控制器，并提出了PID控制參數(shù)的選取方法。該廣域PID阻尼控制器包括：廣域測量信號預(yù)處理模塊、時(shí)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)。根據(jù)實(shí)際時(shí)滯在線選取PID參數(shù)的策略，允許PMU反饋控制信號時(shí)滯在較大的范圍內(nèi)變化，所設(shè)計(jì)的控制器具有簡潔的結(jié)構(gòu)、易于工程實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類】H02J3/24
【公開號】CN105207235
【申請?zhí)枴緾N201510577407
【發(fā)明人】吳秋晗, 戚軍, 魏路平, 江全元, 占震濱, 李永杰, 楊博
【申請人】國網(wǎng)浙江省電力公司, 浙江工業(yè)大學(xué), 浙江大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月11日