CN106684886B - 一种svc附加阻尼控制器参数整定方法 - Google Patents

一种svc附加阻尼控制器参数整定方法 Download PDF

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Abstract

发明公开了一种SVC附加阻尼控制器参数整定方法，属于电力系统控制技术领域。本发明方法引入电纳可变电容器，利用测试信号法获取与大电网相关的传递函数，并根据SVC模型推导出附加阻尼控制器输出信号注入点到其输入信号之间的开环传递函数，最终由根轨迹法计算附加阻尼控制器参数。本发明不需要SVC模型提供添加小信号激励的接口，使用范围更广，且在SVC模型参数改变的时候，无需重新进行测试信号法的仿真与计算，可以更加简便地获取附加阻尼控制器参数。

Description

一种SVC附加阻尼控制器参数整定方法
技术领域
本发明属于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SVC附加阻尼控制器参数整定方法。
背景技术
电力系统低频振荡通常表现为由于系统阻尼较小而导致的输电线路上的功率振荡，振荡频率在0.1-2Hz之间。低频振荡危害电力系统安全稳定运行，必须采取措施增大系统阻尼。静止无功补偿器(SVC)是重要的无功补偿装置，通过加装附加阻尼控制器可以提升系统阻尼，有效抑制区域间的低频振荡。
SVC的附加阻尼控制器是一种超前-滞后相位补偿器。通过合理的参数整定，可使加入附加阻尼控制器后形成的闭环系统的主导极点满足系统性能要求。附加阻尼控制器参数整定的关键是求取其补偿相位和增益。为了准确求取补偿相位及增益，需要在开环的情况下计算附加阻尼控制器输出信号注入点到其输入信号之间的传递函数。由于电力系统数据规模巨大，难以采用解析法求解该开环传递函数。
常勇、徐政在标题为《SVC广域辅助控制阻尼区域间低频振荡》(电工技术学报，2006，第21卷，40-46)的文献中提出采用测试信号法求取开环传递函数并以此整定附加阻尼控制器参数的方法。该方法中，小信号激励点选为附加阻尼控制器输出信号注入点，通过测试信号法可直接获得开环传递函数。但是，一些电力系统机电暂态仿真软件中的SVC模型并没有可添加小信号激励的接口，无法直接应用上述文献中的方法。在测试SVC效果时，经常需要修改SVC模型的参数。此时，为了获取新的附加阻尼控制器参数，需要重新进行测试信号法的仿真与计算。
发明内容
本发明目的是：针对现有技术的不足，本发明提供一种SVC附加阻尼控制器参数整定方法，该方法不需要SVC模型提供添加小信号激励的接口，使用范围更广。而且，在SVC模型参数改变的时候，该方法无需重新进行测试信号法计算，可以更加简便地获取附加阻尼控制器参数。
具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：
替代步骤：用电纳可变的电容器模型替代SVC，并求取该电容器模型到附加阻尼控制器输入量和母线电压的传递函数；
校正步骤：对求取的电纳可变的电容器模型到附加阻尼控制器输入量的传递函数的主导极点进行校正；
整定步骤：基于重新用SVC替代电纳可变的电容器模型后附加阻尼控制器输出量到输入量的开环传递函数在校正后的电纳可变的电容器模型到附加阻尼控制器输入量的传递函数的主导极点处的相角和幅值整定附加阻尼控制器参数。
更进一步而言，所述替代步骤具体包括：
1)设SVC所在母线为母线A；在电网仿真数据中的母线A上，加入电纳可变的电容器模型，设该电容器模型的电纳为Bx，并去除原有的SVC；Bx的初始值等于原有SVC输出电纳的初始值；
2)设附加阻尼控制器输入量为P、输出量为Y、传递函数为H(s)，母线A的电压为V；选取Bx为激励点，利用测试信号法求取Bx到P的传递函数GP/B(s)以及BX到V的传递函数GV/B(s)；
利用测试信号法求取Bx到P的传递函数GP/B(s)以及BX到V的传递函数GV/B(s)的步骤具体如下：
2-1)在Bx上施加一系列正弦小扰动，小扰动的频率在0.1Hz到2Hz之间等间隔地选取，频率间隔为f0。设Bx的变化量为ΔBx，则ΔBx满足：
其中，ω0＝2πf0，k1f0＝0.1Hz，kNf0＝2Hz，k为[k1,kN]区间内的整数。bk和是频率为k f0的正弦小信号的幅值和相位；
2-2)对系统进行机电暂态仿真，获取附加阻尼控制器输入量的变化量ΔP以及母线A的电压变化量ΔV；
2-3)对ΔBx、ΔP以及ΔV进行傅里叶分解得到不同频率下的相量 以及求出传递函数频率特性序列：
2-4)采用数据拟合辨识出传递函数GP/B(s)以及GV/B(s)。
更进一步而言，所述校正步骤具体包括：
3)设传递函数GP/B(s)的主导极点为sd1，根据sd1获取系统低频振荡频率和阻尼比，并根据系统期望达到的阻尼比，确定校正后的主导极点，记该校正后的主导极点为sd；
更进一步而言，所述整定步骤具体包括：
4)去除步骤1)中加入的电纳可变的电容器模型，重新加入SVC；设SVC输出的电纳为B；在附加阻尼控制器断开的情况下，根据SVC模型和传递函数GV/B(s)推导出Y到B的传递函数GB/Y(s)；
5)求取Y到P的开环传递函数GP/Y(s)，GP/Y(s)的表达式为：GP/Y(s)＝GB/Y(s)GP/B(s)，并求取GP/Y(s)在sd处的值GP/Y(sd)；
6)基于GP/Y(sd)的相角和幅值，计算H(s)在sd处的相角和幅值，并根据自动控制原理中的根轨迹法整定附加阻尼控制器参数。
进一步而言，上述计算中，H(s)在sd处的相角和幅值分别为：
附加阻尼控制器传递函数具体形式为：
根据arg(H(sd))和|H(sd)|，利用根轨迹法对附加阻尼控制器参数进行整定，整定的参数包括：放大系数KH，隔直环节时间常数TW以及超前滞后环节时间常数TH1、TH2。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
(1)测试信号法的小信号激励点选为外加电容器的电纳，无需SVC模型提供添加小信号激励的接口。
(2)本发明方法利用测试信号法求出与大电网数据相关而与SVC模型无关的传递函数，然后根据SVC模型推导出附加阻尼控制器输出信号注入点到其输入信号的开环传递函数。当SVC模型参数发生改变时，无需再使用测试信号法，可直接计算开环传递函数，减少了工作量。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是实施例1和实施例2的SVC控制系统框图。
图3是四机两区域测试系统示意图。
图4是加入附加阻尼控制器前发电机G1和G3功角差的仿真曲线图。
图5是加入附加阻尼控制器后发电机G1和G3功角差的仿真曲线图。
具体实施方式
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提出了一种SVC附加阻尼控制器参数整定方法，其实施过程包括：用电纳可变的电容器模型替代SVC并求取该电容器模型到附加阻尼控制器输入量和母线电压的传递函数的步骤；对求取的电纳可变的电容器模型到附加阻尼控制器输入量的传递函数的主导极点进行校正的步骤；基于重新用SVC替代电纳可变的电容器模型后附加阻尼控制器输出量到输入量的开环传递函数在校正后的电纳可变的电容器模型到附加阻尼控制器输入量的传递函数的主导极点处的相角和幅值整定附加阻尼控制器参数的步骤。其具体过程如图1所示：
图1步骤1描述的是，设SVC所在母线为母线A；在电网仿真数据中的母线A上，加入电纳可变的电容器模型，设该电容器模型的电纳为Bx，并去除原有的SVC。Bx的初始值等于原有SVC输出电纳的初始值。
图1步骤2描述的是，设附加阻尼控制器输入量为P、输出量为Y、传递函数为H(s)，母线A的电压为V；选取Bx为激励点，利用测试信号法求取Bx到P的传递函数GP/B(s)以及BX到V的传递函数GV/B(s)。
利用测试信号法求取传递函数GP/B(s)和GV/B(s)的步骤为：
2-1)在Bx上施加一系列正弦小扰动，小扰动的频率在0.1Hz到2Hz之间等间隔地选取，频率间隔为f0。设Bx的变化量为ΔBx，则ΔBx满足：
其中，ω0＝2πf0，k1f0＝0.1Hz，kNf0＝2Hz，k为[k1,kN]区间内的整数。bk和是频率为k f0的正弦小信号的幅值和相位；
2-2)对系统进行机电暂态仿真，获取附加阻尼控制器输入量的变化量ΔP以及母线A的电压变化量ΔV；
2-3)对ΔBx、ΔP以及ΔV进行傅里叶分解得到不同频率下的相量 以及求出传递函数频率特性序列：
2-4)采用数据拟合辨识出传递函数GP/B(s)以及GV/B(s)。
由于测试法中小信号激励点选为外加电容器的电纳，因此本实施例无需SVC模型提供添加小信号激励的接口。
图1步骤3描述的是，设传递函数GP/B(s)的主导极点为sd1，根据sd1获取系统低频振荡频率和阻尼比，并根据系统期望达到的阻尼比，确定校正后的主导极点，记该校正后的主导极点为sd。
图1步骤4描述的是，去除步骤1)中加入的电纳可变的电容器模型，重新加入SVC；设SVC输出的电纳为B；在附加阻尼控制器断开的情况下，根据SVC模型和传递函数GV/B(s)推导出Y到B的传递函数GB/Y(s)。
本实施例的SVC的控制系统框图如图2所示。Vref是交流电压参考值，SVC电压调节器的传递函数为Gv(s)。电压调节器的输入是电压差值，输出为SVC电纳参考值Bref。在本实施例中，SVC采用比例控制，比例系数为Kv，即Gv(s)＝Kv。GTv(s)和GTb(s)均为惯性环节且参数已知。
在附加阻尼控制器断开的情况下，由图2可以推导出：
图1步骤5描述的是，求取Y到P的开环传递函数GP/Y(s)，GP/Y(s)的表达式为：
求取GP/Y(s)在sd处的值GP/Y(sd)：
由于利用测试信号法求出的是与大电网数据相关而与SVC模型无关的传递函数，然后根据SVC模型推导出附加阻尼控制器输出信号注入点到其输入信号的开环传递函数，因此当SVC电压调节器参数Kv发生改变，可以直接由GP/Y(s)的表达式获得新的开环传递函数，无需重新进行测试信号法计算。
图1步骤6描述的是，基于GP/Y(sd)的相角和幅值，计算H(s)在sd处的相角和幅值，并根据自动控制原理中的根轨迹法整定附加阻尼控制器参数。
具体而言，H(s)在sd处的相角和幅值分别为：
附加阻尼控制器传递函数具体形式为：
根据arg(H(sd))和|H(sd)|，利用根轨迹法对附加阻尼控制器参数进行整定，整定的参数包括：放大系数KH，隔直环节时间常数TW以及超前滞后环节时间常数TH1、TH2。
实施例2：
图3为四机两区域测试系统示意图。母线8为SVC安装点，SVC容量为200Mvar。
去除SVC，在母线8上加入电纳可变的电容器模型。设附加阻尼控制器输入量为母线8和母线9之间单条联络线上的有功功率。利用测试信号法可以求出：
由此获取系统的主导极点为Sd1＝-0.024+3.13i，系统振荡频率为0.5Hz，阻尼比为0.77％。将校正后的主导极点选为Sd＝-0.25+3.3i。
去除电纳可变的电容器模型，在母线8加入SVC。SVC的控制系统采用如图2所示形式。Gv(s)＝Kv＝20，GTv(s)和GTb(s)的惯性时间常数分别为0.02s和0.03s。在附加阻尼控制器断开的情况下，根据SVC模型和传递函数GV/B(s)推导出传递函数GB/Y(s)的表达式：
求出开环传递函数GP/Y(s)的表达式：
求取GP/Y(s)在sd处的值GP/Y(sd)为2.31-4.35i。
利用根轨迹法对附加阻尼控制器参数进行整定。H(s)在sd处的相角和幅值分别为：
求出附加阻尼控制器参数分别为：
放大系数KH＝0.07，隔直环节时间常数TW＝10s，超前滞后环节时间常数TH1＝0.53s、TH2＝0.19s。
仿真母线11处发生三相接地故障，故障持续0.1s。图4和图5分别为加入附加阻尼控制器前后发电机G1和发电机G3功角差的仿真曲线。加入附加阻尼控制器后，系统阻尼提升至7.2％。按照本发明参数整定方法设计的附加阻尼控制器可以有效提升系统阻尼，增强系统小干扰稳定性。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (4)

1.一种SVC附加阻尼控制器参数整定方法，其特征在于，包含以下步骤：
替代步骤：用电纳可变的电容器模型替代SVC，并求取该电容器模型到附加阻尼控制器输入量和母线电压的传递函数，包括：
1)设SVC所在母线为母线A；在电网仿真数据中的母线A上，加入电纳可变的电容器模型，设该电容器模型的电纳为Bx，并去除原有的SVC；Bx的初始值等于原有SVC输出电纳的初始值；
2)设附加阻尼控制器输入量为P、输出量为Y、传递函数为H(s)，母线A的电压为V；选取Bx为激励点，利用测试信号法求取Bx到P的传递函数GP/B(s)以及BX到V的传递函数GV/B(s)；
校正步骤：对求取的电纳可变的电容器模型到附加阻尼控制器输入量的传递函数的主导极点进行校正，包括：
3)设传递函数GP/B(s)的主导极点为sd1，根据sd1获取系统低频振荡频率和阻尼比，并根据系统期望达到的阻尼比，确定校正后的主导极点，记该校正后的主导极点为sd；
整定步骤：基于重新用SVC替代电纳可变的电容器模型后，附加阻尼控制器输出量到输入量的开环传递函数，在校正后的电纳可变的电容器模型到附加阻尼控制器输入量的传递函数的主导极点处的相角和幅值，整定附加阻尼控制器参数，包括：
4)去除步骤1)中加入的电纳可变的电容器模型，重新加入SVC；设SVC输出的电纳为B；在附加阻尼控制器断开的情况下，根据SVC模型和传递函数GV/B(s)推导出Y到B的传递函数GB/Y(s)；
5)求取Y到P的开环传递函数GP/Y(s)，GP/Y(s)的表达式为：GP/Y(s)＝GB/Y(s)GP/B(s)，并求取GP/Y(s)在sd处的值GP/Y(sd)；
6)基于GP/Y(sd)的相角和幅值，计算H(s)在sd处的相角和幅值，并根据自动控制原理中的根轨迹法整定附加阻尼控制器参数。
2.根据权利要求1所述的SVC附加阻尼控制器参数整定方法，其特征在于，所述步骤2)中利用测试信号法求取Bx到P的传递函数GP/B(s)以及BX到V的传递函数GV/B(s)的步骤为：
2-1)在Bx上施加一系列正弦小扰动，小扰动的频率在0.1Hz到2Hz之间等间隔地选取，频率间隔为f0；设Bx的变化量为ΔBx，则ΔBx满足：
其中，ω0＝2πf0，k1f0＝0.1Hz，kNf0＝2Hz，k为[k1,kN]区间内的整数；bk和是频率为kf0的正弦小信号的幅值和相位；
2-2)对系统进行机电暂态仿真，获取附加阻尼控制器输入量的变化量ΔP以及母线A的电压变化量ΔV；
2-3)对ΔBx、ΔP以及ΔV进行傅里叶分解得到不同频率下的相量 以及求出传递函数频率特性序列：
2-4)采用数据拟合辨识出传递函数GP/B(s)以及GV/B(s)。
3.根据权利要求1所述的SVC附加阻尼控制器参数整定方法，其特征在于，所述步骤6)中，H(s)在sd处的相角和幅值分别为：
附加阻尼控制器传递函数具体形式为：
根据arg(H(sd))和|H(sd)|，利用根轨迹法对附加阻尼控制器参数进行整定，整定的参数包括：放大系数KH，隔直环节时间常数TW以及超前滞后环节时间常数TH1、TH2。
4.一种SVC附加阻尼控制器参数整定系统，包含：
替代模块，用于用电纳可变的电容器模型替代SVC并求取该电容器模型到附加阻尼控制器输入量和母线电压的传递函数；
校正模块，用于对求取的电纳可变的电容器模型到附加阻尼控制器输入量的传递函数的主导极点进行校正；
整定模块，用于基于重新用SVC替代电纳可变的电容器模型后附加阻尼控制器输出量到输入量的开环传递函数在校正后的电纳可变的电容器模型到附加阻尼控制器输入量的传递函数的主导极点处的相角和幅值整定附加阻尼控制器参数；
其特征在于：所述系统采用如权利要求1～3任一所述的SVC附加阻尼控制器参数整定方法对SVC附加阻尼控制器参数进行整定。
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