CN101789607A - 小干扰稳定辅助决策计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了小干扰稳定辅助决策计算方法，适用于确定的运行方式下提高多个弱阻尼模式阻尼的机组出力调整措施计算，在确定机组的协调控制性能时同时考虑弱阻尼模式和接近阻尼安全门槛值的模式，并且选取各弱阻尼模式中参与因子较大的机组参与出力调整，根据单个模式中的机组模态信息将参与出力调整的机组分为两群，采用功率摄动法确定两群机组的出力调整方向，结合机组在不同模式中的参与因子和出力调整方向确定协调控制时的出力调整方向，采用灵敏度法计算提高单个模式阻尼的机组出力调整措施，采用给定范围的特征值计算对合并后的控制措施进行校核，确定控制措施的有效性，给出协调控制多个弱阻尼模式的机组出力调整措施。

Description

小干扰稳定辅助决策计算方法

技术领域

本发明属电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种计算提高小干扰稳定性的机组出力调整措施的方法。

背景技术

能源资源和电力需求的地理分布日益不均衡，使得远距离大容量输送电力的需求日益增加。在过去几年里，我国电力系统经历了大区电网互联的飞速发展。当电网结构一定时，传输的功率越大，电网就越容易出现低频振荡现象。虽然电力系统稳定器(PSS)可以增强系统阻尼、抑制电网低频振荡，但当电力系统运行方式发生较大变化或者出现较大故障时，系统的运行点可能超出PSS的设计范围，仍有可能发生低频振荡。对于发电机机群之间的区域振荡模式，采取紧急调整关键发电机出力的措施，对提高小干扰稳定性效果明显。因此，针对当前运行方式在线计算提高小干扰稳定性的机组出力调整措施，为调度人员提供辅助决策，对保障电网安全稳定运行是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是：针对电力系统确定的运行方式中存在的弱阻尼模式，计算提高各弱阻尼模式阻尼的机组出力调整措施。

本发明在确定机组的控制性能时同时考虑弱阻尼模式和接近阻尼安全门槛值的模式，并且选取各弱阻尼模式中参与因子较大的机组参与出力调整，根据单个模式中的机组模态信息将参与出力调整的机组分为两群，采用功率摄动法确定两群机组的出力调整方向，结合机组在不同模式中的参与因子和出力调整方向确定协调控制时的出力调整方向，采用灵敏度法计算提高单个模式阻尼的机组出力调整措施，采用给定范围的特征值计算对合并后的控制措施进行校核，确定控制措施的有效性，给出协调控制多个弱阻尼模式的机组出力调整措施。

具体地说，本发明是采取以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1)为避免提高弱阻尼模式阻尼的控制措施恶化接近阻尼安全门槛值σ_{safe_thres}的模式的阻尼，设置一大于σ_{safe_thres}的阻尼门槛值σ_thres，筛选出阻尼小于σ_thres的模式。

2)根据参与因子门槛值p_thres，选取参与因子大于p_thres的机组参与控制；以模态向量u_i中幅值最大的元素作为参考，计算各机组对应的模态相角argu_ji；设置角度门槛值α_thres，argu_ji的绝对值在[0，α_thres)范围内的机组为S群，argu_ji的绝对值在[α_thres，180]范围的机组为A群。

3)给定功率摄动量-P_e，step，其中P_e，step＞0，将-P_e，step平均分摊到S群机组，按参与因子由小到大的顺序在A群中寻找出力可增加的机组平衡出力，计算摄动后的模式阻尼σ_S；采用同样的方法计算A群机组功率摄动后的模式阻尼σ_A；根据摄动前后的模式阻尼σ₀、σ_S和σ_A确定两群机组的出力调整方向。

4)计算机组的协调控制性能指标 $p_i=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^{K_j}{p}_{\mathrm{ij}},$ 其中M为阻尼小于σ_thres的模式个数，K_j表示机组i在模式j中的出力调整方向，增出力时K_j＝0，减出力时K_j＝1，p_ij为机组i在模式j中参与因子，根据p_i的符号确定协调控制时机组的出力调整方向，符号为正表示增出力，符号为负表示减出力，设置另一参与因子门槛值p_{thres_uncon}，其中p_{thres_uncon}＞p_thres，若p_i为0或在某一模式中机组出力调整方向与协调控制调整方向相反且参与因子大于p_{thres_uncon}，则认为该机组不可控。

5)阻尼σ_j小于σ_{safe_thres}的模式为弱阻尼模式，采用灵敏度法分别计算提高单个弱阻尼模式阻尼的机组出力调整措施，各机组的出力调整方向为协调控制时出力调整方向，步骤如下：

步骤1将机组出力调整量ΔP_e设为P_e，step，将当前的模式阻尼σ₁设为初始的模式阻尼σ₀，根据参与因子p_i和控制代价c_i计算机组i出力调整的性价比CP_i＝p_i/c_i，按照机组性价比由大到小选取机组参与控制；

步骤2分别将ΔP_e分配到增减出力的机群中，如果没有可调出力机组则输出已有的机组出力调整措施并结束计算；

步骤3采用给定点的特征值计算确定机组出力调整后的模式阻尼σ₂，如果σ₂≥σ_{safe_thres}-ξ，其中ξ为计算精度，则转向步骤4，否则计算灵敏度系数S＝(σ₂-σ₁)/ΔP_e，确定下一轮计算的机组出力调整量ΔP_e＝(σ_{safe_thres}-σ₁)/S，将当前的模式阻尼σ₁更新为σ₂，执行步骤2；

步骤4采用二分法确定与σ_{safe_thres}对应的机组出力调整措施。

6)合并各模式的机组出力调整措施，如果机组i参与多个模式的控制，则合并控制措施时机组i的出力调整量为其中绝对值最大值，统计合并模式后控制措施中机组的增出力总和及减出力总和；如果增出力总和及减出力总和无法平衡，则由各模式当中参与因子均小于p_thres的机组来平衡该差值。

7)采用给定范围的特征值计算对合并后的控制措施进行校核，如果单个模式得到控制而合并后该模式未得到控制或者控制后出现新的弱阻尼模式，则返回步骤1；否则，输出多模式协调控制措施及控制前后模式信息。

本发明采用的进一步方案可以是采用如下的特征值匹配方法来确定控制后的模式阻尼：设定频率偏差门槛值f_thres，待匹配模式的频率为f₀，根据模式的频率f_i从小干扰稳定性分析结果中筛选出|f_i-f₀|＜f_thres的模式集；待匹配模式的模态向量中幅值最大的元素对应的机组为G_ref，将模式集中模式i的参考机选为G_ref，重新计算模态向量各元素的相角；根据模态相角将模式i中参与因子大于p_thres的机组分成两群；确定筛选出的模式集中与待匹配模式的分群情况相同的模式，即控制后模式，其阻尼即为控制后的模式阻尼。

本发明的有益效果如下：本发明根据电力系统确定的运行方式，在发现系统存在小干扰稳定性问题时，进行提高弱阻尼模式阻尼的机组出力调整措施计算。根据模态信息将机组分为两群并通过功率摄动确定两群机组的出力调整方向，采用参与因子作为机组的控制性能指标，可以避免求取模式阻尼对各机组出力的灵敏度。协调控制多个弱阻尼模式可以避免提高一个模式阻尼的控制措施恶化另一模式的阻尼，从整体上提高系统的小干扰稳定性。计算单个模式的控制措施后再进行合并的策略可以在搜索控制措施的迭代的过程中使用给定点的特征值计算，其计算速度优于给定范围的特征值计算。在搜索单个模式的控制措施时按照机组性能代价比由大到小的顺序，可以给出控制代价相对较小的机组出力调整措施。小干扰稳定辅助决策提供的机组出力调整措施，作为提高小干扰稳定性的有效手段，对保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。

附图说明

图1为本发明方法的流程图，

图2为计算提高单个模式阻尼的机组出力调整措施的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。

图1中步骤1描述的是为避免提高弱阻尼模式阻尼的控制措施恶化接近阻尼安全门槛值σ_{safe_thres}的模式的阻尼，设置一大于σ_{safe_thres}的阻尼门槛值σ_thres，筛选出阻尼小于σ_thres的模式。

图1中步骤2描述的是根据参与因子门槛值p_thres，选取参与因子大于p_thres的机组参与控制；以模态向量u_i中幅值最大的元素作为参考，计算各机组对应的模态相角argu_ji；设置角度门槛值α_thres，argu_ji的绝对值在[0，α_thres)范围内的机组为S群，argu_ji的绝对值在[α_thres，180]范围内的机组为A群。

图1中步骤3描述的是给定功率摄动量-P_e，step，其中P_e，step＞0，将-P_e，step平均分摊到S群机组，按参与因子由小到大的顺序在A群中寻找出力可增加的机组平衡出力，计算摄动后的模式阻尼σ_S；采用同样的方法计算A群机组功率摄动后的模式阻尼σ_A；根据摄动前后的模式阻尼σ₀、σ_S和σ_A确定两群机组的出力调整方向。

图1中步骤4描述的是计算机组的协调控制性能指标 $p_i=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^{K_j}{p}_{\mathrm{ij}},$ 其中M为阻尼小于σ_thres的模式个数，K_j表示机组i在模式j中的出力调整方向，增出力时K_j＝0，减出力时K_j＝1，p_ij为机组i在模式j中参与因子，根据p_i的符号确定协调控制时机组的出力调整方向，符号为正表示增出力，符号为负表示减出力，设置另一参与因子门槛值p_{thres_uncon}，其中p_{thres_uncon}＞p_thres，若p_i为0或在某一模式中机组出力调整方向与协调控制调整方向相反且参与因子大于p_{thres_uncon}，则认为该机组不可控。。

图1中步骤5描述的是采用灵敏度法分别计算提高单个弱阻尼模式阻尼的机组出力调整措施，各机组的出力调整方向与协调控制时出力调整方向一致。

图1中步骤6合并各模式的机组出力调整措施，统计合并模式后控制措施中机组的增出力总和及减出力总和；如果增出力总和及减出力总和无法平衡，则由各模式当中参与因子均小于p_thres的机组来平衡该差值。

图1中步骤7采用给定范围的特征值计算对合并后的控制措施进行校核，如果单个模式得到控制而合并后该模式未得到控制或者控制后出现新的弱阻尼模式，则返回步骤1；否则，输出多模式协调控制措施及控制前后模式信息。

附图2为计算提高单个模式阻尼的机组出力调整措施的流程图。

图2中步骤1描述的是将机组出力调整量ΔP_e设为P_e，step，将当前的模式阻尼σ₁设为初始的模式阻尼σ₀，根据参与因子p_i和控制代价c_i计算机组i出力调整的性价比CP_i＝p_i/c_i，按照机组性价比由大到小选取机组参与控制；

图2中步骤2描述的是分别将ΔP_e分配到增减出力的机群中，如果没有可调出力机组则输出已有的机组出力调整措施并结束计算；

图2中步骤3描述的是采用给定点的特征值计算确定机组出力调整后的模式阻尼σ₂，如果σ₂≥σ_{safe_thres}-ξ，其中ξ为计算精度，则转向步骤4，否则计算灵敏度系数S＝(σ₂-σ₁)/ΔP_e，确定下一轮计算的机组出力调整量ΔP_e＝(σ_{safe_thres}-σ₁)/S，将当前的模式阻尼σ₁更新为σ₂，执行步骤2；

图2中步骤4描述的是采用二分法确定与σ_{safe_thres}对应的机组出力调整措施。

Claims (5)

1.小干扰稳定辅助决策计算方法，其特征在于包括下列步骤：

1)为避免提高弱阻尼模式阻尼的控制措施恶化接近阻尼安全门槛值σ_{safe_thres}的模式的阻尼，设置一大于σ_{safe_thres}的阻尼门槛值σ_thres，筛选出阻尼小于σ_thres的模式；

2)根据参与因子门槛值p_thres，选取参与因子大于p_thres的机组参与控制，根据模态分布将参与控制的机组分为相对振荡的两群，S群和A群；

3)采用功率摄动法确定各模式中两群机组的出力调整方向；

4)计算机组的协调控制性能指标 $p_i=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^{K_j}{p}_{\mathrm{ij}},$ 其中M为阻尼小于σ_thres的模式个数，K_j表示机组i在模式j中的出力调整方向，增出力时K_j＝0，减出力时K_j＝1，p_ij为机组i在模式j中参与因子，根据p_i的符号确定协调控制时机组的出力调整方向，符号为正表示增出力，符号为负表示减出力，设置另一参与因子门槛值p_{thres_uncon}，其中p_{thres_uncon}＞p_thres，若p_i为0或在某一模式中机组出力调整方向与协调控制调整方向相反且参与因子大于p_{thres_uncon}，则认为该机组不可控；

5)阻尼σ_j小于σ_{safe_thres}的模式为弱阻尼模式，采用灵敏度法分别计算提高单个弱阻尼模式阻尼的机组出力调整措施，各机组的出力调整方向为协调控制时出力调整方向；

6)合并各模式的机组出力调整措施，如果机组i参与多个模式的控制，则合并控制措施时机组i的出力调整量为其中绝对值最大值，统计合并后控制措施中机组的增出力总和及减出力总和；如果增出力总和及减出力总和无法平衡，则由各模式当中参与因子均小于p_thres的机组来平衡该差值；

7)采用给定范围的特征值计算对合并后的控制措施进行校核，如果单个模式得到控制而合并后该模式未得到控制或者控制后出现新的弱阻尼模式，则返回步骤1；否则，输出多模式协调控制措施及控制前后模式信息。

2.根据权利要求1所述的小干扰稳定辅助决策计算方法，其特征在于，所述步骤2)中机组的分群方法如下：以模态向量u_i中幅值最大的元素作为参考，计算各机组对应的模态相角arg u_ji；设置角度门槛值α_thres，arg u_ji的绝对值在[0，α_thres)范围内的机组为S群，arg u_ji的绝对值在[α_thres，180]范围内的机组为A群。

3.根据权利要求1所述的小干扰稳定辅助决策计算方法，其特征在于，所述步骤3)中单个模式中两群机组出力调整方向的确定方法如下：给定功率摄动量-P_e，step，其中P_e，step＞0，将-P_e，step平均分摊到S群机组，按参与因子由小到大的顺序在A群中寻找出力可增加的机组平衡出力，计算摄动后的模式阻尼σ_S；采用同样的方法计算A群机组功率摄动后的模式阻尼σ_A；根据摄动前后的模式阻尼σ₀、σ_S和σ_A确定两群机组的出力调整方向。

4.根据权利要求1所述的小干扰稳定辅助决策计算方法，其特征在于，所述步骤5)中采用灵敏度法计算提高单个弱阻尼模式阻尼的机组出力调整措施的步骤如下：

1)将机组出力调整量ΔP_e设为P_e，step，将当前的模式阻尼σ₁设为初始的模式阻尼σ₀，根据参与因子p_i和控制代价c_i计算机组i出力调整的性价比CP_i＝p_i/c_i，按照机组性价比由大到小选取机组参与控制；

2)分别将ΔP_e分配到增减出力的机群中，如果没有可调出力机组则输出已有的机组出力调整措施并结束计算；

3)采用给定点的特征值计算确定机组出力调整后的模式阻尼σ₂，如果σ₂≥σ_{safe_ thres}-ξ，其中ξ为计算精度，则转向步骤4，否则计算灵敏度系数S＝(σ₂-σ₁)/ΔP_e，确定下一轮计算的机组出力调整量ΔP_e＝(σ_{safe_thres}-σ₁)/S，将当前的模式阻尼σ₁更新为σ₂，执行步骤2；

4)采用二分法确定与σ_{safe_thres}对应的机组出力调整措施。

5.根据权利要求1所述的小干扰稳定辅助决策计算方法，其特征在于，采用如下的特征值匹配方法来确定控制后的模式阻尼：设定频率偏差门槛值f_thres，待匹配模式的频率为f₀，根据模式的频率f_i从小干扰稳定性分析结果中筛选出|f_i-f₀|＜f_thres的模式集；待匹配模式的模态向量中幅值最大的元素对应的机组为G_ref，将模式集中模式i的参考机选为G_ref，重新计算模态向量各元素的相角；根据模态相角将模式i中参与因子大于p_thres的机组分成两群；确定筛选出的模式集中与待匹配模式的分群情况相同的模式，即控制后模式，其阻尼即为控制后的模式阻尼。

Images