CN103248063B - 一种基于pmu的多直流协调广域阻尼控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于PMU的多直流协调广域阻尼控制方法，包括以下步骤：1)控制用PMU实时采集电网的广域测量数据，并根据广域测量数据计算各采集点的相量信息传输给控制主站；2)控制主站对接收到的相量信息进行数据预处理，判断当前电网是否发生低频振荡，若是，则执行步骤3)，若否，则返回步骤1)；3)控制主站根据接收到的相量信息计算当前阻尼调制指令并实时传送给控制子站；4)控制子站在阻尼调制指令中叠加上GPS的时钟信号，传输给直流极控系统，直流极控系统根据接收到的阻尼调制指令进行调制。与现有技术相比，本发明具有可靠性高、控制实时有效等优点。

Description

一种基于PMU的多直流协调广域阻尼控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统控制方法，尤其是涉及一种基于PMU的多直流协调广域阻尼控制方法。

背景技术

随着联网规模的扩大，如南方电网以及华北-华中-华东联网后的三华电网，区间低频振荡逐渐成为影响电网动态稳定水平的关键因素。广域直流阻尼控制采用广域信息，具有全局可观性，因此特别适合用于作为区间低频振荡阻尼的反馈信号，广域的闭环能在一定程度上反映系统条件的变化，因此抑制区间低频振荡时在原理上比PSS(power system stabilizer，电力系统稳定器)更具优势。

广域阻尼控制理论上的难点主要在三个方面：广域反馈信号和控制点的选择；广域阻尼控制器的设计方法；对控制回路中通信延时的影响的研究和处理。近年来，许多学者对广域控制的选点和选信号作了研究。留数、模态的可控性、可观性、相对增益阵列(relative gain array，RGA)以及汉克尔奇异值(Hankel singular value，HSV)等理论都被用来作为选点和选信号的指标。广域阻尼控制器的设计方法是另一个研究的热点。传统的移相补偿控制、模糊控制、神经元网络、人工智能Agent技术、鲁棒控制等多种控制技术都被用于广域阻尼控制器的设计。在不同的通信媒质下，WAMS(广域测量系统)网络通信延时会在几十到几百毫秒间变化。研究表明，延时的引入会降低控制系统的阻尼效果，甚至引起系统的不稳定。线性矩阵不等式(LMI)原理被广泛应用于时滞上限的分析和鲁棒控制器的设计。Pade近似将时滞项转化为有理多项式，得到不含时滞项的系统状态方程，并在此基础上进行鲁棒控制器设计。Smith预测控制的方法也被引入到广域阻尼控制中，采用改进的Smith预测方法来补偿延时的影响，可以改善时滞系统的控制性能。

传统的研究多机系统低频振荡问题的方法是QR法，但由于实际系统规模巨大、运行方式复杂，可能会出现维数灾的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可靠性高、控制实时有效的基于PMU的多直流协调广域阻尼控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于PMU的多直流协调广域阻尼控制方法，包括以下步骤：

1)控制用PMU实时采集电网的广域测量数据，并根据广域测量数据计算各采集点的相量信息传输给控制主站；

2)控制主站对接收到的相量信息进行数据预处理，判断当前电网是否发生低频振荡，若是，则执行步骤3)，若否，则返回步骤1)；

3)控制主站根据接收到的相量信息计算当前阻尼调制指令并实时传送给控制子站；

4)控制子站在阻尼调制指令中叠加上GPS的时钟信号，传输给直流极控系统，直流极控系统根据接收到的阻尼调制指令进行调制。

所述的数据预处理包括去噪处理。

所述的判断当前电网是否发生低频振荡采用的方法为Prony分析方法。

所述的步骤3)中，计算当前阻尼调制指令具体步骤为：

31)控制主站根据相量信息当前区域间的频差信号，并将该频差信号作为直流阻尼控制器的输入信号；

32)直流阻尼控制器根据频差信号Δf输出直流调制功率Δp：Δp＝K·Δf，K为直流阻尼控制器的控制参数；

33)控制主站将直流调制功率作为阻尼调制指令发送给控制子站。

所述的直流阻尼控制器的控制参数K为可调参数。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明采用PMU-主站-子站的控制结构，完成了实时采集电网信息、实时计算多回直流阻尼调制指令、实时将指令传送给直流极控制系统等功能，控制实时有效；

2)本发明直流阻尼控制器的输入采用频差信号，控制可靠性高，且适应性好；

3)本发明直流阻尼控制器的控制参数为可调参数，可根据电网振荡频率的变化在线调整，提高了控制可靠性和稳定性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种基于PMU的多直流协调广域阻尼控制方法，采用PMU-主站-子站的系统结构，来完成如下功能：实时采集远端PMU传来的电网信息；实时计算多回直流的调制指令；实时将指令传送给直流极控系统，所述的控制方法包括以下步骤：

1)控制用PMU实时采集电网的广域测量数据，并根据广域测量数据计算各采集点的相量信息通过2Mbps通道传输给控制主站；

2)控制主站对接收到的相量信息进行数据预处理(包括去噪处理等)，判断当前电网是否发生低频振荡，若是，则执行步骤3)，若否，则返回步骤1)；

3)控制主站根据接收到的相量信息计算当前阻尼调制指令并实时传送给控制子站；

4)控制子站在阻尼调制指令中叠加上GPS的时钟信号，传输给直流极控系统，直流极控系统根据接收到的阻尼调制指令进行调制。

所述的判断当前电网是否发生低频振荡采用的方法为Prony分析方法。采用Prony分析方法可估算信号幅值、频率、衰减因子和初相角，其数学描述如下：

令作为测量数据x(0)、x(1)、...x(N-1)的Prony模型，且

$x\left(n\right)=\underset{m=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{b}_m{z}_m^n,n=\mathrm{0,1},...,N-1$

其中，p为Prony模型的阶数，N为采样数据的个数，N≥2p，b_m和z_m是复数，且

b_m＝A_mexp(jθ_m)

z_m＝exp[(a_m+j2πf_m)Δt]

其中，4m为振幅，θ_m为初相角，a_m为衰减因子，f_m为振荡频率，Δt表示采样间隔，为使拟合信号向实际信号逼近，采用平方误差最小的原则，即：

当N＞2p时，可求出幅值、频率、初相位和衰减因子的最小二乘解，如下：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_m=\left|b_m\right|\\ f_m=\arg \left(z_m\right)/\left(2\mathrm{\π\Δt}\right)\\ {\mathrm{\θ}}_m=\arg \left(b_m\right)\\ a_m=\mathrm{In}\left|z_m\right|/\mathrm{\Δt}\end{array}\right.,m=\mathrm{0,1},...,p.$

所述的步骤3)中，计算当前阻尼调制指令具体步骤为：

31)控制主站根据相量信息当前区域间的频差信号，并将该频差信号作为直流阻尼控制器的输入信号；

32)直流阻尼控制器根据频差信号Δf输出直流调制功率Δp：Δp＝K·Δf，K为直流阻尼控制器的控制参数，为可调参数，可根据电网振荡频率的变化在线调整；

33)控制主站将直流调制功率作为阻尼调制指令发送给控制子站。

控制主站还可根据在线检测的广域时延做出补偿，时延主要由以下几部分组成：PMU测量与计算(30～40ms)；1000km2Mbps专线通道信号单向传输时间(12ms)；控制主站计算时间(10ms)，控制子站处理时间(10ms)。过高的时延不仅会改变控制指令的相位从而影响控制效果，而且更加严重的问题是造成时滞高频振荡出现于控制系统以及交流系统中。可以采用相位超前/滞后模块和增益调节模块构成的补偿环节，补偿时滞造成的相位滞后以及增益放大，消除时滞对区域间模式阻尼的影响。

此外，直流极控系统中还专门增加了与控制子站的接口，用于接收外部系统的调制指令，并在控制系统主动要求退出或者控制指令异常情况下闭锁外部输入；在直流系统也增加了专用于enable/disable外部调制指令的相关按钮。

Claims (4)

1.一种基于PMU的多直流协调广域阻尼控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)控制用PMU实时采集电网的广域测量数据，并根据广域测量数据计算各采集点的相量信息传输给控制主站；

2)控制主站对接收到的相量信息进行数据预处理，判断当前电网是否发生低频振荡，若是，则执行步骤3)，若否，则返回步骤1)；

所述的判断当前电网是否发生低频振荡采用的方法为Prony分析方法；

3)控制主站根据接收到的相量信息计算当前阻尼调制指令并实时传送给控制子站；

4)控制子站在阻尼调制指令中叠加上GPS的时钟信号，传输给直流极控系统，直流极控系统根据接收到的阻尼调制指令进行调制；

控制主站根据在线检测的广域时延做出补偿，时延包括PMU测量与计算、1000km 2Mbps专线通道信号单向传输时间、控制主站计算时间和控制子站处理时间。

2.根据权利要求1所述的一种基于PMU的多直流协调广域阻尼控制方法，其特征在于，所述的数据预处理包括去噪处理。

3.根据权利要求1所述的一种基于PMU的多直流协调广域阻尼控制方法，其特征在于，所述的步骤3)中，计算当前阻尼调制指令具体步骤为：

31)控制主站根据相量信息当前区域间的频差信号，并将该频差信号作为直流阻尼控制器的输入信号；

32)直流阻尼控制器根据频差信号△f输出直流调制功率△p：△p＝K·△f，K为直流阻尼控制器的控制参数；

33)控制主站将直流调制功率作为阻尼调制指令发送给控制子站。

4.根据权利要求3所述的一种基于PMU的多直流协调广域阻尼控制方法，其特征在于，所述的直流阻尼控制器的控制参数K为可调参数。