基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法及系统

本发明涉及电网系统水电机组运行控制，具体涉及一种基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源发电技术的迅速发展，各类新能源机组在电力系统中的比重不断提高，其中光伏机组由于其灵活的出力特点和水电机组形成了水光互补系统。高比例的水电导致系统离网时存在超低频振荡风险，同时光伏的波动也极易激发系统中的弱阻尼振荡模式

2、目前用于超低频振荡抑制的措施主要从水电机组调速系统侧考虑，一是采用优化算法优化调速器的pid参数，二是加入调速系统侧的gpss控制器补偿系统滞后的相位。然而，目前的这两种方法都存在一些不足：一是调速器参数的优化算法大部分是在约束范围内寻找最优解，对于实际运行中存在的多种工况和各种不确定性考虑不够，改变调速器参数会对系统的一次调频性能产生影响，造成系统调频速度变慢；二是gpss仅用于抑制超低频，对低频段如何抑制未考虑；三是光伏机组调节性能可以用于抑制超低频振荡的控制，目前鲜有研究，此外目前的抑制措施主要是从水电侧设计，如何对水光抑制措施进行协调控制较为少见，同时未考虑控制措施的鲁棒性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能够协调利用水电和光伏的调节能力，实现超低频振荡抑制的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法及系统，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法，包括：

4、基于水电机组模型及其串联校正控制器和光伏模型及其有功附加控制器，构建水光互补系统多机系统统一频率响应模型；

5、在统一频率响应模型中引入反映不确定性的摄动块和对应的权函数，插入反映鲁棒性能的虚拟摄动块和灵敏度权函数，将统一频率响应模型扩展为结构奇异值模型；

6、设置水电机组串联校正控制器和光伏机组有功附加控制器的参数搜索空间，使用蒙特卡洛算法控制参数搜索空间中随机生成一组水电和光伏机组的控制器参数；

7、根据超低频振荡的范围，将范围内扫频点带入结构奇异值模型中，结合控制参数计算结构奇异值；

8、判断结构奇异值是否小于等于1，若小于等于1，则所述的控制器参数满足鲁棒性要求，否则重新生成新的参数计算结构奇异值。

9、进一步的，根据水电机组模型及其串联校正控制器和光伏模型及其有功附加控制器，构建水光互补系统多机系统统一频率响应模型，包括：由于超低频振荡时全网频率统一，所有发电机的频率偏差都保持一致，所以根据系统中所有机组的运动方程，将光伏输出功率和水电机组机械功率加在一起，构建水光互补系统多机系统统一频率响应模型。

10、进一步的，在统一频率响应模型中引入反映不确定性的摄动块和对应的权函数，插入反映鲁棒性能的虚拟摄动块和灵敏度权函数，包括：系统不确定性主要包括：系统负荷变化，调速器与水轮机参数变化。在原来的统一频率模型中将摄动进行引入，这些不确定性可以体现为摄动块及对应的权函数。

11、进一步的，将统一频率响应模型扩展为结构奇异值模型，包括：将不确定性分离出来，重新构建为扩展的结构奇异值模型，结构奇异值模型的相关元素数学表达如下式所示：

12、

13、其中，u1、…、un、uf分别为各摄动块的输入，v1、…、vn、vf分别为各摄动块的输出，m11、…、mnf、mf1、…、mff为各输入输出对应的标称矩阵。

14、进一步的，构建出的结构奇异值模型中标称m(s)矩阵中各元素的表达式为：

15、

16、其中，gci(s)为各水电机组串联校正控制器传递函数，wi(s)为各摄动块对应的权函数，l(s)为系统回路传递函数，ws(s)为负荷变化不确定性摄动块对应的权函数，ggovi(s)为各水电机组调速器传递函数，ghi(s)为各水轮机传递函数，gcpvj(s)为各光伏有功附加控制器传递函数，gpvj(s)为各光伏基本控制器传递函数。p(s)为系统等效同步机传递函数，表达式为：

17、

18、进一步的，根据超低频振荡的频率范围，将0.01hz～0.1hz范围内的点代入结构奇异值模型中，计算结构奇异值，判断是否小于等于1，若小于等于1，则这组控制器参数可以使系统满足鲁棒性能要求，否则重新生成新的参数进行计算。

19、第二方面，本发明提供一种基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制系统，包括：

20、构建模块，用于基于水电机组模型及其串联校正控制器和光伏模型及其有功附加控制器，构建水光互补系统多机系统统一频率响应模型；

21、扩展模块，用于在统一频率响应模型中引入反映不确定性的摄动块和对应的权函数，插入反映鲁棒性能的虚拟摄动块和灵敏度权函数，将统一频率响应模型扩展为结构奇异值模型；

22、搜索模块，用于设置水电机组串联校正控制器和光伏机组有功附加控制器的参数搜索空间，使用蒙特卡洛算法控制参数搜索空间中随机生成一组水电和光伏机组的控制器参数；

23、计算模块，用于根据超低频振荡的范围，将范围内扫频点带入结构奇异值模型中，结合控制参数计算结构奇异值；

24、判断模块，用于判断结构奇异值是否小于等于1，若小于等于1，则所述的控制器参数满足鲁棒性要求，否则重新生成新的参数计算结构奇异值。

25、第三方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上所述的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法。

26、第四方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行时，用于实现如上所述的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法。

27、第五方面，本发明提供一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如上所述的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法的指令。

28、本发明有益效果：通过计算水电和光伏的控制器参数，抑制了水电机组超低频振荡，解决了传统方法在抑制超低频振荡时，没有利用水电和光伏协调控制的问题。

29、本发明附加方面的优点，将在下述的描述部分中更加明显的给出，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法，其特征在于，根据水电机组模型及其串联校正控制器和光伏模型及其有功附加控制器，构建水光互补系统多机系统统一频率响应模型，包括：由于超低频振荡时全网频率统一，所有发电机的频率偏差都保持一致，所以根据系统中所有机组的运动方程，将光伏输出功率和水电机组机械功率加在一起，构建水光互补系统多机系统统一频率响应模型。

3.根据权利要求2所述的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法，其特征在于，在统一频率响应模型中引入反映不确定性的摄动块和对应的权函数，插入反映鲁棒性能的虚拟摄动块和灵敏度权函数，其中，系统不确定性包括系统负荷变化、调速器参数和水轮机参数变化，在原来的统一频率响应模型中将摄动进行引入，这些不确定性可以体现为摄动块及对应的权函数。

4.根据权利要求3所述的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法，其特征在于，将统一频率响应模型扩展为结构奇异值模型，包括：将不确定性分离出来，重新构建为扩展的结构奇异值模型，结构奇异值模型的相关元素数学表达如下式所示：

5.根据权利要求4所述的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法，其特征在于，构建出的结构奇异值模型中标称m(s)矩阵中各元素的表达式为：

6.根据权利要求5所述的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法，其特征在于，根据超低频振荡的频率范围，将0.01hz～0.1hz范围内的点代入结构奇异值模型中，计算结构奇异值，判断是否小于等于1，若小于等于1，则这组控制器参数可以使系统满足鲁棒性能要求，否则重新生成新的参数进行计算。

7.一种基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制系统，其特征在于，包括：

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法。

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行时，用于实现如权利要求1-6任一项所述的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如权利要求1-6任一项所述的基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法的指令。

技术总结
本发明提供一种基于结构奇异值法的抑制超低频振荡的控制方法及系统，属于电网系统水电机组运行控制技术领域，构建水光互补系统多机系统统一频率响应模型，引入反映不确定性的摄动块和对应的权函数，插入反映鲁棒性能的虚拟摄动块和灵敏度权函数，扩展为结构奇异值模型；设置水电机组串联校正控制器和光伏机组有功附加控制器的参数搜索空间，随机生成一组水电和光伏机组的控制器参数；根据超低频振荡的范围，将范围内扫频点都带入扩展的结构奇异值模型中，计算结构奇异值；根据结构奇异值判断控制器参数是否满足鲁棒性要求。本发明可协调设计用于超低频振荡抑制的水电机组和光伏控制器参数，能对水电机组占高比例系统的超低频振荡起到抑制作用。

技术研发人员：吴翔宇,许寅,王思家,和敬涵,王颖,刘曌,张放,王佳璇,曾雪洋,陈刚,史华勃
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16