CN104300555A - 一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，该方法用于系统中的统一潮流控制器中，包括，量测环节对系统进行信号采集，并对其中的母线功率信号 P 进行包括隔直环节、比例谐振控制环节、相位补偿环节和限幅环节的依次处理，获得输出控制信号 U _p；将控制信号与统一潮流控制器对应参考值叠加，获得对应调节信号；将所述信号 P 和调节信号做差，将量测环节中所获得的若干种信号分别与对应的参考值做差，对各差值信号分别进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到输出q轴和输出p轴对应的电流、电压，将这些电压、电流注入所述系统，增大抑制所述系统中共振机理低频振荡的阻尼。优点是能有效减小共振振荡幅值，抑制共振机理低频振荡。

Description

一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法

技术领域

本发明涉及电力系统控制领域，具体涉及一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法。

背景技术

共振机理低频振荡是由于外界周期性的功率扰动源的频率与系统固有的低频振荡频率接近而引发的。近年来由于电力系统容量和并网规模的扩大，系统中功率扰动源增多，共振机理低频振荡时有发生，对电力系统安全稳定运行造成严重危害。

灵活交流输电力系统(FACTS)的出现为抑制共振机理低频振荡提供了新的有效手段，统一潮流控制器作(UPFC)为目前功能最全面的FACTS装置，同时兼备线路潮流控制、电压稳定、无功调节等多种功能。已有研究表明通过在统一潮流控制器中增加附加阻尼控制回路能够提高系统的暂态稳定性，阻尼系统振荡。但是传统的统一潮流控制器附加阻尼控制对共振机理低频振荡的阻尼效果不佳，原因是共振机理低频振荡的扰动源持续地向系统中注入功率扰动，需要较高阻尼水平才能将其将抑制，而传统的方法达不到相应的阻尼水平。

发明内容

本发明的目的在于有效解决共振机理低频振荡问题，而提供一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，所述方法包括用于所述系统中的统一潮流控制器中，包括：

用量测环节对所述系统进行信号采集，并对其中的母线功率信号P进行包括隔直环节、比例谐振控制环节、相位补偿环节和限幅环节的依次处理，获得输出控制信号U_p；

将所述控制信号U_p与所述统一潮流控制器的参考功率信号P_ref叠加，并与量测环节中所获得的母线功率信号P做差获得对应调节信号，对该调节信号进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到对应的输出q轴电压V_q；

将量测环节中所获得的母线无功功率Q、直流侧电容电压V_dc和母线电压V_s分别与母线参考无功功率Q_ref、直流侧电容电压参考值V_dcref和电压参考值V_sref做差，得到对应的三差值信号，对三差值信号分别进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到对应的输出p轴电压V_p、p轴电流I_p和q轴电流I_q；；

将所述q轴电压V_q、电流I_q和p轴电压V_p、电流I_p连续注入所述系统，增大抑制所述系统中共振机理低频振荡的阻尼。

进一步的，所述信号M优选母线功率信号P，对应于该母线功率信号P经所述环节依次处理后获得对应的输出控制信号U_p，用该控制信号U_p与统一潮流控制器的参考功率信号P_ref叠加，获得对应调节信号，将所述母线功率信号P和该调节信号做差得到对应的功率差值信号，对该差值信号进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到输出q轴电压V_q。

进一步的，用所述量测环节中采集获得的所述母线无功功率信号Q和母线参考无功功率Q_ref做差，得到对应的无功功率差值信号，将该无功功率差值信号进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到p轴电压V_p。

进一步的，用所述量测环节中采集获得的所述直流侧电容电压V_dc和直流侧电容电压参考值V_dcref做差，得到对应的电压差值信号，将该电压差值信号进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到p轴电流I_p。

进一步的，用所述量测环节中采集获得的所述母线电压V_s和母线电压参考值V_sref做差，得到对应的电压的差值信号，将该电压差值信号进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到输出q轴电流I_q。

进一步的，所述比例谐振控制环节中的传递函数为G_PR(s)，

$G_{\mathrm{PR}}\left(s\right)=K_{\mathrm{PSS}}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{2K}_{\mathrm{Ri}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ci}}s}{s^2+2{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ci}}s+{\mathrm{\ω}}_{0i}^2},$

其中：K_PSS为比例调节器的传递函数；i为振荡模态个数，i＝1，2，3，…，n；K_Ri为第i个谐振调节器的谐振系数；ω_0i为第i个谐振调节器的谐振角频率；ω_ci为第i个谐振调节器的截止角频率，s为微分算子。

进一步的，所述系统在振荡模态i≥2时，所述比例谐振控制环节中采用多个并联的谐振控制器。

进一步的，所述一阶惯性环节的传递函数为G_in(s)，

其中T_a为一阶惯性环节的时间常数，s为微分算子。

进一步的，所述比例积分环节的传递函数为G_PI(s)，其中K_P为比例系数，K_I为积分系数。

进一步的，所述补偿环节的传递函数为G_C(s)，其中T₁、T₂、T₃、T₄为相位补偿环节时间常数。

本发明通过附加比例谐振控制器调节统一潮流控制器的输出电压，大幅提高共振振荡模式的阻尼，从而抑制共振机理低频振荡，同时还通过比例谐振控制，在不改变系统其它振荡频率处的幅频特性和相频特性的情况下，提高共振振荡频率处的增益以增加系统阻尼，因此能够有效抑制共振机理低频振荡同时不影响其他振荡模式，保证系统的稳定。

附图说明

图1是本发明方法的原理框图，其中a图是输出电压控制原理框图，b图是输出电流控制原理示意图。

图2是输出电压控制传递函数框图

图3是输出电流控制传递函数框图

图4是系统为多个振荡模态时的比例谐振控制环节的传递函数框图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作更进一步的说明。

对于包含励磁发电机、变压器、母线、负荷等电器件和具有统一潮流控制器的电力系统，本发明在其统一潮流控制器中采用如图1、2的环节处理和如图3、4所示的针对每一环节中传递函数(即控制器)，得到对上述系统中的共振机理低频振荡有很大阻尼作用的输出p轴电压V_p、电流I_p和输出q轴电压V_q、电流I_q，以实现抑制系统中的所述振荡，其具体处理过程如下：

步骤一，采用量测环节采集所述系统中的振荡信号S₁，信号S₁经该环节的量测传递函数(即量测控制器)的处理，获得量测信号S₂，T_r为量测回路时间常数。量测环节采集获得的信号S₂包括母线功率信号P、母线无功功率信号Q、直流侧电容电压V_dc和母线电压信号V_s等信号，本实施例将其中的母线功率信号P作为下一环节输入信号。

步骤二，对输入的母线功率信号P通过隔直环节中的隔直传递函数(即隔直控制器)处理，获得偏差信号S₃，作为比例谐振控制环节的输入信号，T_w为隔直时间常数。

步骤三：比例谐振控制环节对输入的偏差信号S₃进行调节，得到比例谐振控制环节的输出信号S₄。本环节的传递函数其中K_p为比例调节器的传递函数，为一谐振调节器的传递函数。本实施例的系统中只包含一个共振频率，所以只采用一个谐振调节器且与比例调节器并接。传递函数G_PR(s)中的K_R1为该谐振调节器的谐振系数，ω₀₁为该谐振调节器的谐振角频率，ω_ci为该谐振调节器的截止角频率，s为微分算子。

步骤四：将比例谐振控制环节的输出信号S₄通过相位补偿环节来补偿发电机励磁系统的相位滞后，得到相位补偿环节的输出信号S₅。该环节的传递函数为T₁、T₂、T₃、T₄为相位补偿环节时间常数。

步骤五：将相位补偿环节的输出信号S₅进行限幅，得到输出控制信号U_P。限幅环节的输出控制信号U_P与输入x的关系为： $U_{\mathrm{PSS}}=\left\{\begin{array}{cc}{U}_{\max },& x\&GreaterEqual;U_{\max }\\ x,& U_{\min }<x<U_{\max }\\ U_{\min },& x\&le;U_{\max }\end{array}\right.,$ U_max和U_min分别为限幅环节的上限和下限。

步骤六：将输出控制信号U_P叠加到统一潮流控制器的参考功率信号P_ref参考功率信号P_ref上对参考功率信号进行调节。

步骤七：将步骤二中采集母线功率信号得到的信号P和所得的调节后的参考功率信号做差，得到的信号依次输入到一阶惯性环节和比例积分环节得到输出q轴电压V_q。

步骤八：将采集的得到的母线无功功率信号Q和母线参考无功功率Q_ref做差，得到的信号依次输入到一阶惯性环节和比例积分环节得到输出q轴电压V_q。

步骤九：将采集得到的直流侧电容电压V_dc和直流侧电容电压参考值V_dcref做差，得到的信号依次输入到一阶惯性环节和比例积分环节得到输出p轴电流I_p。

步骤十：将采集得到的母线电压V_s和母线电压参考值V_sref做差，得到的信号依次输入到一阶惯性环节和比例积分环节得到输出q轴电流I_q。

步骤十一：将所述q轴电压V_q、电流I_q和p轴电压V_p、电流I_p连续注入所述系统，形成抑制所述系统中共振机理低频振荡的阻尼。

在上述实施方案的基础上对一些技术特征进行替代可形成本发明的多个实施例。例如，在步骤一中，采用量测环节中采集的发电机有功功率信号作为下一环节的输入信号，其他的环节处理及步骤都与上述第一个实施例相同，这里不再赘述，这样就构成了发明的第二个实施例。

而量测环节中所采集的信号还有：发电机转速信号、联络线上的有功功率信号和联络线上的频率信号等，它们都可作为下一环节输入信号，并按第一个实施例所述步骤，最终形成q轴电压V_q、电流I_q和p轴电压V_p、电流I_p，并将这些电流、电压连续注入系统，形成抑制系统中共振机理低频振荡的阻尼，由此可以构成若干个类似的实施例。

此外，系统中若存在多个振荡模态，类似于上述第一实施例中的步骤三的比例谐振控制环节，其中的比例谐振控制环节中的传递函数G_PR(s)为：式中：K_Ri为第i个谐振调节器的谐振系数，i为振荡模态个数，i＝1，2，3，…，n；，当系统的振荡模态i≥2，即为多个时，比例谐振控制环节中采用多个并联的谐振控制器，如图4。由此构成了本发明的第三个实施例。

Claims (11)

1.一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，其特征在于：所述方法用于所述系统中的统一潮流控制器中，包括，

用量测环节对所述系统进行信号采集，并对其中的一信号M进行包括隔直环节、比例谐振控制环节、相位补偿环节和限幅环节的依次处理，获得输出控制信号U_p；

将所述控制信号U_p与所述统一潮流控制器的参考功率信号P_ref叠加，并与量测环节中所获得的母线功率信号P做差获得对应调节信号，对该调节信号进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到对应的输出q轴电压V_q；

将量测环节中所获得的母线无功功率Q、直流侧电容电压V_dc和母线电压V_s分别与母线参考无功功率Q_ref、直流侧电容电压参考值V_dcref和电压参考值V_sref做差，得到对应的三差值信号，对三差值信号分别进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到对应的输出p轴电压V_p、p轴电流I_p和q轴电流I_q；

将所述q轴电压V_q、电流I_q和p轴电压V_p、电流I_p连续注入所述系统，增大抑制所述系统中共振机理低频振荡的阻尼。

2.根据权利要求1所述的一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，其特征在于：所述量测环节中采集的信号包括母线功率信号P、母线无功功率信号Q、母线电压信号V_s、直流侧电容电压V_dc、发电机有功功率信号、发电机转速信号、联络线上的有功功率信号和联络线上的频率信号。

3.根据权利要求1或2所述的一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，其特征在于：所述信号M优选母线功率信号P，对应于该母线功率信号P经所述环节依次处理后获得对应的输出控制信号U_p，用该控制信号U_p与统一潮流控制器的参考功率信号P_ref叠加，获得对应调节信号，将所述母线功率信号P和该调节信号做差得到对应的功率差值信号，对该差值信号进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到输出q轴电压V_q。

4.根据权利要求1或2所述的一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，其特征在于：用所述量测环节中采集获得的所述母线无功功率信号Q和母线参考无功功率Q_ref做差，得到对应的无功功率差值信号，将该无功功率差值信号进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到p轴电压V_p。

5.根据权利要求1或2所述的一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，其特征在于：用所述量测环节中采集获得的所述直流侧电容电压V_dc和直流侧电容电压参考值V_dcref做差，得到对应的电压差值信号，将该电压差值信号进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到p轴电流I_p。

6.根据权利要求1或2所述的一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，其特征在于：用所述量测环节中采集获得的所述母线电压V_s和母线电压参考值V_sref做差，得到对应的电压的差值信号，将该电压差值信号进行一阶惯性环节和比例积分环节的依次处理，得到输出q轴电流I_q。

7.根据权利要求1所述的一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，其特征在于：所述比例谐振控制环节中的传递函数为G_PR(s)，

$G_{\mathrm{PR}}\left(s\right)=K_{\mathrm{PSS}}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{2K_{\mathrm{Ri}}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ci}}s}{s^2+2{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ci}}s+{\mathrm{\&omega;}}_{0i}^2},$

其中：K_PSS为比例调节器的传递函数；i为振荡模态个数，i＝1，2，3，…，n；K_Ri为第i个谐振调节器的谐振系数；ω_0i为第i个谐振调节器的谐振角频率；ω_ci为第i个谐振调节器的截止角频率，s为微分算子。

8.根据权利要求7所述的一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，其特征在于：所述系统在振荡模态i≥2时，所述比例谐振控制环节中采用多个并联的谐振控制器。

9.根据权利要求1所述的一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，其特征在于：所述一阶惯性环节的传递函数为G_in(s)，

$G_{\mathrm{in}}\left(s\right)=\frac{1}{1+s{T}_a},$

其中：T_a为一阶惯性环节的时间常数，s为微分算子。

10.根据权利要求1所述的一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，其特征在于：所述比例积分环节的传递函数为G_PI(s)，

$G_{\mathrm{PI}}\left(s\right)=K_P+\frac{K_I}{s},$

其中：K_P为比例系数，K_I为积分系数。

11.根据权利要求1所述的一种抑制电力系统共振机理低频振荡的方法，其特征在于：所述补偿环节的传递函数为G_C(s)

$G_C\left(s\right)=\frac{1+T_{1}s}{1+T_{2}s}\&CenterDot;\frac{1+T_{3}s}{1+T_{4}s},$

其中：T₁、T₂、T₃、T₄为相位补偿环节时间常数。