专利名称：基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法
技术领域：
本发明涉及交直流互联电力系统安全稳定控制的技术领域，尤其涉及一种传递函数模角分离理论、等效交流增益法和阻尼比与相位的相对灵敏度的交直流互联电力系统的阻尼控制系统优化方法。
背景技术：
互联大电力系统(Large Scale System)的负荷容量通常有数千万甚至上亿千瓦， 供电区内人口通常可达数千万甚至上亿，电网内成百上千的变电站由成千上万条交流输电线路和少量大容量、远距离高压直流输电系统连接起来，其中还安装有成百上千台发电机及其励磁系统，带有分群及关联的结构特征。然而，大型互联电力系统中各控制系统环节的惯性造成信号传递和调节滞后，导致互联电力系统必然有潜在的自发振荡，而且振型繁多， 仅机电振荡模式常常论千，而低频振荡频率一般在0.2-2. OHz范围内。当所述互联电力系统中发生低频振荡时，会危及系统的安全稳定运行，限制联络线输送功率的能力。至于低频振荡是否引发，引发后是否衰减，则取决于所述电力互联系统各个振荡模式的阻尼比，因此，设法增加阻尼比是抑制低频振荡、提高电网的动态稳定性的最常用且行之有效的方法。发电机励磁系统中的电力系统稳定器(Power System Stabilizer，PSS)就是专门为增强低频振荡阻尼比而设计的，是国际大电网会议首推的用来抑制低频振荡最有效的措施，因此，在近年来得到了最广泛的使用。除此之外，在跨区域、大容量传输有功功率的高压直流输电系统中加入其他的阻尼控制系统，例如高压直流输电附加控制系统等，也是抑制大区之间低频振荡的行之有效的手段。PSS其实也是发电机励磁系统的一种附加控制功能，励磁正常工作以机端电压为反馈量，PSS在这个基础上加入了以有功功率为主的反馈，也就是在有功发生振荡时为系统增加一个阻尼比，使振荡尽快平稳。而单独一个电厂投入PSS效果有限，只有互联电力系统中的大部分电源点都投入PSS，电网的抗振荡能力才能显著提高。而目前在交直流互联电力系统的实际应用中，主要是通过现场测试的方式来对 PSS等阻尼控制系统进行整定。但是，目前在相当多的情况下，现场测试的手段不全、外部条件限制令测试不准确，厂家模型及参数存在不可知、不可测和有误差的问题，PSS等阻尼控制系统的现场整定是很难达到工程最优的，其适应性也会有问题。此外，由于没有实用的参数寻优计算方法，人们一直也无法通过计算分析手段优化和预知PSS等阻尼控制系统在抑制低频振荡时的具体效果和特长。长期以来，一方面难以解决区分多元影响参数(即这种参数的变化会同时引起影响阻尼比变化的多种因素的变化)各因素作用大小的难题，另一方面受到相位、幅值限制和运行方式变化的影响等非解析性约束条件的限制，迄今为止仍然没有研究出一套实用、 可靠、适应性好的PSS等阻尼控制系统的参数优化方法可以用于实际计算或试验当中，不利于所述互联电力系统全局稳定性的进一步提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法，其能够根据具体的振荡模式调整每个相关的阻尼控制系统的相位，以达到优化配置所述阻尼控制系统的参数，提高电力系统动态稳定性。一种基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法，包括以下步骤计算所述交直流互联电力系统中各个振荡模式的特征根和阻尼比；判断各个所述振荡模式的阻尼比是否小于预定值，如果小于所述预定值，则选定所述振荡模式以及与所述振荡模式相关的发电机组的阻尼控制系统；对选定的所述阻尼控制系统的传递函数进行直角坐标系向极坐标系的转换，分别计算出其传递函数的模值和相位角；根据所述传递函数的模值，通过等效交流增益法，调节所述阻尼控制系统中与所述模值对应的放大倍数，维持所述传递函数交流增益的恒定；根据各个所述振荡模式的特征根和阻尼比变化量以及所述阻尼控制系统的传递函数的相位变化量，计算各个所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的阻尼比与相位的相对灵敏度；根据各个所述振荡模式下的阻尼比与相位的相对灵敏度大小，调节对应的所述阻尼控制系统中的与传递函数的相位相对应的参数，增大所述振荡模式的阻尼比。进一步地，如果所述互联电力系统的有关振荡模式的阻尼比对相位的灵敏度符号由正变负或者由负变正时，则说明达到了最优相位补偿点，则结束对所述电力系统稳定器和/或高压直流输电附加控制系统的参数调整进程。与现有技术相比较，本发明的基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法基于传递函数模角分离理论、等效交流增益法和阻尼比对相位的灵敏度来实现对交直流互联电力系统的阻尼控制系统的优化。通过所述互联电力系统的潮流、稳定数据，计算各个振荡模式的阻尼比，根据所述阻尼比选取需要进行分析调整的振荡模式，以及最有效的阻尼控制系统(包括电力系统稳定器PSS和/或高压直流输电附加控制系统等)。然后，对选定的相关的阻尼控制系统的传递函数进行直角坐标系向极坐标系的转换，以实现传递函数的模角两类变量的分离；再运用等效交流增益法保持传递函数的交流增益在参数改变情况下维持恒定。根据选定的所述振荡模式的阻尼比变化量，以及所述阻尼控制系统的传递函数的相位变化量，计算各个所述震荡模式对应的阻尼比相对于所述传递函数相位的灵敏度；最后，根据计算出的所述阻尼比与相位的相对灵敏度的大小，对所述阻尼控制系统的参数进行优化调整，提高振荡模式的阻尼比，防止低频振荡发生。因此本发明的基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法能够根据所述互联电力系统的具体振荡模式调整最有效的阻尼控制系统的参数，使每个所述阻尼控制系统的调整更加切合所述互联电力系统的实时情况，有利于所述互联电力系统的稳定运行。总之，本发明系统地、完整地提出了一套可以有效地克服互联电力系统的阻尼控制系统中存在多元影响参数影响难以区分难题，以及相位、幅值限制和运行方式变化影响等非解析性约束条件限制的，实用、可靠、适应性好的阻尼控制系统优化方法。该方法从全网的角度出发，分析交直流互联电网的动态稳定性、筛选振荡模式、设计、优化和协调个各机组之间的阻尼控制系统(包括电力系统稳定器PSS、高压直流输电 附加控制系统等)，从而控制和提高交直流互联电网的动态稳定性，解决了这一技术领域长期无法解决的问题。
图1是本发明基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法的步骤流程图；图2是一种典型的电力系统稳定器附加控制系统的模型结构示意图；图3 —种典型的双侧频率调制的高压直流输电附加控制系统的结构示意图。
具体实施例方式请参阅图1，图1是本发明基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法的步骤流程图。所述基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法包括以下步骤步骤S101，计算所述交直流互联电力系统中各个振荡模式的特征根和阻尼比；在进行所述振荡模式的特征根和阻尼比计算时，可以从所述互联电力系统的潮流计算程序(BPA)的系统数据文件dat和暂态稳定分析数据文件swi中读取所述互联电力系统的原始潮流数据，其中，所述原始潮流数据反应所述互联电力系统结构和运行工况；并从所述潮流计算程序(BPA)的潮流计算结果文件pfo中读取所述互联电力系统各个振荡模式的潮流计算结果数据，即所述互联电力系统的初始平衡工作点；然后根据所述原始潮流数据、所述潮流计算结果数据以及所述交直流互联电力系统的稳定数据计算所述电力系统的特征根，通过所述特征根即可计算对应振荡模式的阻尼比(或称阻尼比比)。假设计算得到的所述互联电力系统的各个振荡模式的特征根为λ = σ +j ω，其中，每个所述特征根分别对应一个振荡模式，ο是所述特征根的实部；ω是所述特征根的虚部，与对应振荡模式的频率成正比。则，由下式计算对应振荡模式的阻尼比ξ
权利要求
1.一种基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法，其特征在于，包括以下步骤计算所述交直流互联电力系统中各个振荡模式的特征根和阻尼比；判断各个所述振荡模式的阻尼比是否小于预定值，如果小于所述预定值，则选定所述振荡模式以及与所述振荡模式相关的发电机组的阻尼控制系统；对选定的所述阻尼控制系统的传递函数进行直角坐标系向极坐标系的转换，分别计算出其传递函数的模值和相位角；根据所述传递函数的模值，通过等效交流增益法，调节所述阻尼控制系统中与所述模值对应的放大倍数，维持所述传递函数交流增益的恒定；根据各个所述振荡模式的特征根和阻尼比变化量以及所述阻尼控制系统的传递函数的相位变化量，计算各个所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的灵敏度；根据各个所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的灵敏度大小，调节对应的所述阻尼控制系统中的与传递函数的相位相关的参数，增大所述振荡模式下的阻尼比。
2.如权利要求1所述的基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法，其特征在于，所述阻尼控制系统包括与所述振荡模式相关的发电机组的电力系统稳定器和/或所述振荡模式相关的高压直流输电附加控制系统。
3.如权利要求1或者2所述的基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法，其特征在于，按照以下公式计算各个所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的灵敏度dl_dl 3σ dl 3ω da dO da dO其中，$为所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的灵敏 dOI为所述振荡模式的阻尼比；θ为所述阻尼控制系统的传递函数的相位；σ和ω分别为所述振荡模式的特征根的实部和虚部。
4.如权利要求3所述的基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法，其特征在于，根据各个所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的灵敏度大小，调节对应的所述阻尼控制系统中的与传递函数的相位相关的参数的步骤包括如果所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的灵敏度大于 0，则按照增大相位的方向调整对应的所述阻尼控制系统中的与传递函数的相位相关的参数的取值；如果所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的灵敏度小于0，则按照减小相位的方向调整对应的所述阻尼控制系统中的与传递函数的相位相关的参数的取值。
5.如权利要求1或者2所述的基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法，其特征在于，所述计算所述交直流互联电力系统中各个振荡模式的特征根和阻尼比的步骤包括从所述交直流互联电力系统的潮流计算程序的系统数据文件dat和暂态稳定分析数据文件swi中读取所述交直流互联电力系统的原始潮流数据；从所述潮流计算程序的潮流计算结果文件Pfo中读取所述交直流互联电力系统各个振荡模式的潮流计算结果数据；根据所述原始潮流数据、所述潮流计算结果数据和所述交直流互联电力系统的稳定数据计算所述交直流互联电力系统的特征根，获取所述交直流互联电力系统在对应的振荡模式的下的阻尼比。
6.如权利要求1或者2所述的基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法，其特征在于所述阻尼控制系统中的与传递函数的相位相关的参数包括所述阻尼控制系统中的时间常数。
7.如权利要求1或者2所述的基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法，其特征在于，如果判断各个所述振荡模式的阻尼比都大于所述预定值，则结束对所述阻尼控制系统的参数优化。
8.如权利要求1或者2所述的基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法，其特征在于，在计算获得所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的灵敏度之后，进一步执行以下步骤判断所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的灵敏度的符号，如果所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的灵敏度的符号由正变负或者由负变正时，则结束对应的所述阻尼控制系统的参数优化。
全文摘要
本发明提供一种基于阻尼比与相位相对灵敏度的阻尼控制系统优化方法，通过计算各个振荡模式的阻尼比，分析互联电力系统的动态稳定性，根据所述阻尼比大小选取需进行分析调整的相关振荡模式，以及影响最大的发电机组和高压直流输电系统等；对所述振荡模式下相关的电力系统稳定器(PSS)等阻尼控制系统的数学模型表达式进行坐标转换，以达模角分离之目的；运用等效交流增益法维持在参数调整后的传递函数增益不变；计算阻尼比对相位的灵敏度，根据灵敏度对阻尼控制系统的参数进行有目标、方向明确的优化设计，提高振荡模式的阻尼比，抑制低频振荡的发生。避免了以往对阻尼控制系统参数用近似方法试凑的盲目性，有利于大型互联电力系统的稳定运行。
文档编号H02J3/24GK102157950SQ201110074950
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者吴晓宇, 张俊峰, 彭波, 曹亚龙, 曾艳, 盛超, 翁洪杰, 陈迅, 陈锐, 魏伟 申请人:广东电网公司电力科学研究院