专利名称：基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法
技术领域：
本发明属于电力系统及其自动化领域，更准确地说，是一种基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法。
背景技术：
复杂电网区域间低频振荡已成为限制互联系统输电能力、影响电网安全稳定运行的主要因素之一，直流输电系统的功率调制可有效抑制系统功率振荡、改善互联系统的稳定性，而直流功率调制效果的优劣取决于调制信号的筛选和控制策略的选取。
传统的直流附加功率控制器一般基于系统的线性化模型，采用成熟的线性控制理论进行设计，这类传统的控制方法已在实际系统中得到了广泛应用，但这种控制器不能随系统运行点的变化自动适应调整控制参数，当系统受扰动较大时，控制器难以发挥预期效果，而非线性控制器可在系统运行点较广范围内具有良好的控制效果，特别是在系统发生大扰动、实际运行点远离原运行点后，非线性控制器仍具有较好的控制性能，基于非线性控制理论的直流附加控制器设计已引起广大学者的重视。然而，直流非线性功率调制控制策略的设计需对所联的交流系统适当等值，目前，常用的动态等值方法为同调等值法，但这种等值方法应用于直流非线性功率调制控制策略设计中主要存在两方面不足(I)等值精度直接影响到直流调制的效果，而同调等值方法的精度有待提高；(2)基于等值系统设计的非线性控制器通常需全状态反馈，对于实际电力系统，全状态反馈控制器目前难以实现。
发明内容
本发明的目的是对传统的动态等值方法进行实质性改进和创新，提出一种基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法，能够使非线性控制器在系统运行点较广范围内具有良好的控制效果，特别是在系统发生大扰动、实际运行点远离原运行点后，非线性控制器仍具有较好的控制性能。本发明的目的是由以下技术方案来实现的，一种基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法，其特征是，它包括下列步骤
一种基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法，其特征包括下列步骤
O求取振荡参与因子求取振荡参与因子，根据振荡参与因子大小判断区域间振荡时各发电机参与程度；
2)定义动态响应因子以振荡参与因子为权系数对发电机动态聚合，定义动态响应因子以确定等值惯量中心主导机群；
3)惯性中心转子运动方程对区域内发电机进行聚合，得到以动态响应因子为权系数的等值惯性中心的等值转子角、转速，推导出等值惯性中心的转子运动方程，完成对两端交流系统的区域间等值，并推导直流系统状态方程，得到等值后的交直流混合系统微分代数方程组；4)非线性最优控制规律以两端等值系统的相对转子角增量作为直流功率调制的控制输出，以等值惯性中心的等值转子角、角速度、惯性时间常数和交流联络线传输的有功功率构建微分代数模型，判断其是否存在微分同胚坐，若存在，将非线性微分代数系统经过坐标映射转化为线性系统并得到对应的坐标映射下的能控标准型，找到其对应的直流功率控制输入。，最后根据线性最优二次型原理和微分同胚可逆性推导出非线性最优控制规律。所述I)求取振荡参与因子是根据实际电力系统中以z为状态变量、为代数变量的微分代数方程来进行描述，按照公式(I)对微分代数方程在系统平衡点处进行泰勒级数展开，由此得到Λ^，即为公式(2)的微分代数在平衡点a)处线性化后的雅可比矩阵；通过schur补定理得到公式(3)的降阶雅可比矩阵/■;求对应的特征值，构
造出Jordan标准型矩阵yl和其对应的右特征向量矩阵仏根据左右特征向量矩阵之间的
关系Kt=R1得出左特征向量矩阵K;根据矩阵理论，由与A等价，得到/■、4、U、K必
满足关系式Λ =KT/_Z/;在已知左、右特征向量矩阵K、V情况下，由公式(4)求得振荡参与因子是一个综合指标，用来描述第A个模式与第i个状态变量之间的可观性及可控性，即确定在某一震荡模式下发电机的敏感程度，根据的大小来判断各自区域惯量中心占主导地位的机组；
权利要求
1.一种基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法，其特征包括下列步骤 1)求取振荡参与因子求取振荡参与因子，根据振荡参与因子大小判断区域间振荡时各发电机参与程度； 2)定义动态响应因子以振荡参与因子为权系数对发电机动态聚合，定义动态响应因子以确定等值惯量中心主导机群； 3)惯性中心转子运动方程对区域内发电机进行聚合，得到以动态响应因子为权系数的等值惯性中心的等值转子角、转速，推导出等值惯性中心的转子运动方程，完成对两端交流系统的区域间等值，并推导直流系统状态方程，得到等值后的交直流混合系统微分代数方程组； 4)非线性最优控制规律以两端等值系统的相对转子角增量作为直流功率调制的控制输出，以等值惯性中心的等值转子角、角速度、惯性时间常数和交流联络线传输的有功功率构建微分代数模型，判断其是否存在微分同胚坐，若存在，将非线性微分代数系统经过坐标映射转化为线性系统并得到对应的坐标映射下的能控标准型，找到其对应的直流功率控制输入^。，最后根据线性最优二次型原理和微分同胚可逆性推导出非线性最优控制规律。
2.根据权利要求I所述的基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法，其特征在于所述I)求取振荡参与因子是根据实际电力系统中以z为状态变量、为代数变量的微分代数方程来进行描述，按照公式(I)对微分代数方程在系统平衡点处进行泰勒级数展开，由此得到Λ^，即为公式(2)的微分代数在平衡点处线性化后的雅可比矩阵；通过schur补定理得到公式(3)的降阶雅可比矩阵/_;求对应的特征值，构造出Jordan标准型矩阵/I和其对应的右特征向量矩阵仏根据左右特征向量矩阵之间的关系Kt=R1得出左特征向量矩阵K;根据矩阵理论，由/-与^!等价，得到^!、仏K必满足关系式yl =KT/_Z/;在已知左、右特征向量矩阵K、V情况下，由公式(4)求得振荡参与因子Α,.，是一个综合指标，用来描述第左个模式与第i个状态变量之间的可观性及可控性，即确定在某一震荡模式下发电机的敏感程度，根据的大小来判断各自区域惯量中心占主导地位的机组；
3.根据权利要求I基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法，其特征在于所述步骤2)中定义动态响应因子是以确定等值惯量中心主导机群，公式(5)是公式(3)的时域解析表达式，考虑状态变量ita在某一确定振荡模式Jb下随时间变化的趋势，公式(5)进一步简化为公式(6),忽略振荡频率的影响,取ΔΤ 。=1，G) =Orad/s,在i=ls时,对公式(6)取对数，经过变换后得到公式(7)动态响应因子，其中As代表某一振荡模式Λ下的状态变量，为化在；下的参与因子-’D为发电机阻尼系数;//为发电机惯性时间常数；份为振荡频率，为振荡参与因子；
4.根据权利要求I所述的基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法，其特征在于所述步骤3)求得动态响应因子^后，按照公式(8)对区域内发电机进行聚合，区域内运动惯量中心采用动态响应因子作为权系数，得到其等值转子角、转速；按照公式(9)在惯量中心坐标下，得到各发电机转子角以及转速；根据区域内各发电机转子运动方程证明公式(10)成立；由公式(8)、(9)得到公式(11)区域内等值惯量中心运动方程；对公式(11)各发电机转子角和转速求导可得公式(12):由公式(13)得到机组动态稳定性指标；定义Ldyi G卜Α)为A区域内第i台机组动态稳定性指标，Zoy的意义定量评价发生振荡后区域内各机组的动态稳定性，找到区域内动态稳定性较弱的机组，动态稳定性较弱的机组会对整个区域的惯量中心运动轨迹起决定作用，其中久.、//,.、δPcoi为第i台发电机的阻尼系数、惯性时间常数、转子角、转速，δ ,⑶P ω,肌为惯性中心转子角及转速；以惯性中心的转子角、转速构建惯性中心坐标系，^分别为基于惯性中心坐标下的各发电机转子角以及转速；δ ’Ε0、ω ’Ε0、Η’Ε0分别为单机无穷大等值系统的转子角、角速度以及惯性常数；
5.根据权利要求I所述的基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法，其特征在于所述步骤3)中对于两端交直流混合输电系统的区域间振荡，利用“双机等值”概念进行描述，区域间振荡将整个系统分割成两个相对运动的子系统^和A ;对于区域^中的η台发电机在区域间振荡时必有一个惯量中心，记为0 ;而区域沒的》台发电机，也有相应的惯量中心，记为;根据双机等值原理与单机无穷大系统之间的对应关系，采用上述区域内等值惯性中心的转子角、角速度及惯性常数公式(14)和转子运动方程公式(15)；其中Α、//,.、δ” OJi为第i台发电机的阻尼系数、惯性时间常数、转子角、转速，δ，ωι、ω’ C0I为惯性中心的转子角及转速；&、&分别为惯性中心坐标下的各发电及转子角以及转速；δ ’ Ε0、ω ^0Je0分别为单机无穷大等值系统的转子角、角速度以及惯性常数；考虑到区域间机组的相对运动，定义互联区域机组动态稳定性指标为公式(16);
6.根据权利要求I所述的基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法，其特征在于所述步骤3)中所述的直流系统状态方程和等值后系统代数方程，将直流系统功率调制视为一阶惯性环节，其状态方程公式(17);等值系统代数方程由直流换流母线功率平衡方程组成为公式(18);其中为直流系统传输的功率实际值'Pdcref为直流系统功率设定值'Tdc为直流系统功率调节等效时间常数'Udc为直流系统功率调制控制输入'Pdr为整流侧注入换流母线的有功功率Wifr为整流侧注入的无功功率'Pdi为逆变侧注入换流母线的有功功率'Qdi为逆变侧注入换流母线的无功功率xPLi、Qu为负荷的实际有功、无功功率；%表示为i节点与J节点的电压相位角差-,K.、Vj为各母线实际电压幅值；
7.根据权利要求I所述的基于动态响应因子的多机系统直流功率调制控制方法，其特征在于所述步骤4)是以简单4机交直流互联系统为例，即两端为交流系统，中间为直流系统，每端各有两台发电机并联接入直流输电线路，以相对转子角增量作为直流功率调制的控制输出，以等值惯性中心的等值转子角、角速度、惯性时间常数和交流联络线传输的有功功率构建微分代数模型公式(19);检验公式(19)是否存在微分同胚，根据微分代数系统关系度定义，由公式(20)计算可得系统关系度r=3，等于系统状态变量的维数，故微分代数模型系统存在微分同胚坐标映射，选取系统局部微分同胚映射z= 0 Cr)，按照公式(21)求得对应的Z坐标映射下的能控标准型；对于推导出的公式(21)其对应的控制输入公式(22)，由线性最优二次型原理和微分同胚可逆性，按照公式(23)推导出非线性最优控制规律，其中
全文摘要
本发明涉及一种交直流混合系统直流功率调制控制方法，包括步骤1、求取振荡参与因子，根据振荡参与因子大小判断区域间振荡时各发电机参与程度；步骤2、以振荡参与因子为权系数对发电机动态聚合，定义动态响应因子以确定等值惯量中心主导机群；步骤3、对区域内发电机进行聚合，得到等值惯性中心的等值转子角、转速，推导出等值惯性中心的转子运动方程，完成对两端交流系统的等值；步骤4、针对等值系统特点并推导直流系统状态方程，构建交直流混合系统的微分代数模型，推导出非线性最优功率调制控制方法。该控制方法采用等值主导机群的状态量作为调制输入，有效降低了控制策略的实现难度。
文档编号H02J3/46GK102938567SQ20121042263
公开日2013年2月20日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者陈厚合, 李国庆, 姜涛, 王振浩, 王鹤, 王利猛, 辛业春, 于娜, 殷琦 申请人:东北电力大学