CN107769229A - 一种适应电网多运行方式的多机pss参数优化整定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适应电网多运行方式的多机PSS参数优化整定方法，其包括如下步骤：（1）利用系统中各节点功率和PV节点电压的标准日运行曲线计算出系统中所有机电振荡模式的特征值的期望和方差；（2）在所有振荡模式的特征值满足正态分布假设条件下得出系统在多运行方式下具有足够阻尼的基本条件；（3）通过概率特征根灵敏度分析进行PSS选址；（4）考虑不同振荡模式的严重程度对不同振荡模式进行权重赋值，得出综合考虑不同振荡模式严重程度及多机协调的PSS参数优化整定目标函数及约束条件。本发明增加PSS的鲁棒性，避免因借阻尼现象导致系统稳定性恶化，适用于对具有多运行方式的多机系统中的PSS参数进行协调整定。

Description

一种适应电网多运行方式的多机PSS参数优化整定方法
技术领域
本发明属于电力系统阻尼控制技术领域，具体涉及一种适应电网多运行方式的多机PSS参数优化整定方法。
背景技术
在我国智能电网建设的背景下，特高压交直流技术实现了跨区域远距离输电的同时增加了电网运行的复杂程度，电网运行规模的增大及运行方式的增多对电网动态特性产生了重大影响，且随着工艺水平的增强，高快励磁装置被大量使用，在此背景下，电力系统低频振荡现象已经成为电力系统中较为突出的问题，成为了限制电网传输能力的瓶颈之一。
电力系统稳定器是目前阻尼低频振荡最有效、最经济的装置，已被广泛用于我国电力系统中。然而，传统的PSS参数整定均在某一固定运行条件下进行，难以适应电网多运行方式，使得低频振荡问题时有发生，已经不能适应当前电网的发展要求，且现有技术中对PSS参数整定时多采用单机无穷大方式进行，极少考虑多机协调问题，使得因借阻尼现象导致系统出现稳定性恶化的情况。对适应电网多运行方式的多机协调PSS参数整定方法的研究已迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种增加PSS的鲁棒性，同时考虑多机协调，避免因借阻尼现象导致系统稳定性恶化，适应电网多运行方式的多机PSS参数优化整定方法。
本发明采用如下技术方案：
一种适应电网多运行方式的多机PSS参数优化整定方法，其包括如下步骤：
(1)利用系统中各节点功率和PV节点电压的标准日运行曲线计算出系统中所有机电振荡模式的特征值的期望和方差；
(2)在所有振荡模式的特征值满足正态分布假设条件下得出系统在多运行方式下具有足够阻尼的基本条件；
(3)通过概率特征根灵敏度分析进行PSS选址；
(4)考虑不同振荡模式的严重程度对不同振荡模式进行权重赋值，得出综合考虑不同振荡模式严重程度及多机协调的PSS参数优化整定目标函数及约束条件。
进一步的，所述步骤(1)包括如下步骤：
(a)将具有多运行方式的电力系统的所有节点电压、节点注入功率及所有振荡模式的特征值作为随机变量；
(b)建立系统中各节点注入功率关于各节点电压的二次方程式；
(c)在已知各节点功率和PV节点电压的标准日运行曲线以及各特征值与各节点电压之间的关系的基础上，利用牛顿拉夫逊方法求解各振荡模式的特征值的期望及方差。
进一步的，所述步骤(2)包括如下步骤：
(I)在计算出所有振荡模式的特征值的期望和方差后，使用正态分布对所有特征值的分布函数进行拟合，计算出所有特征值的实部置信度为5％的单侧置信上限以及所有振荡模式的阻尼比的置信度为5％的单侧置信下限；
(II)当所有特征值的实部置信度为5％的单侧置信上限小于零且所有振荡模式的阻尼比的置信度为5％的单侧置信下限大于阈值时，系统在多运行方式下均具有优良的稳定性。
进一步的，所述步骤(3)为：求出所有特征值的实部置信度为5％的单侧置信上限和所有振荡模式的阻尼比的置信度为5％的单侧置信下限对各机组PSS的放大倍数以及时间常数的偏导数，通过偏导数相对大小排序以及符号特征得出每种振荡模式相关机组以及各PSS参数对不同振荡模式的影响效果，进而完成所有PSS的适当选址。
进一步的，所述步骤(4)包括如下步骤：
(i)采用机器学习或者n次函数的方法，在考虑振荡模式的严重程度下对需要优化的不同振荡模式进行适当权重赋值；
(ii)同时对所有机组PSS参数进行协调整定，以所有待优化振荡模式阻尼比达到或高于阈值为目标函数，考虑借阻尼现象，在进行待优化振荡模式对应的PSS参数调节时，其他振荡模式阻尼比不低于阈值作为约束条件。
本发明的有益效果在于：
1、在本发明中，由于使用概率特性考虑了电网多运行方式和不同振荡模式的严重程度进行PSS参数整定，使得PSS具有优良的鲁棒性，能够适应具有较大范围的电网运行方式，增强了电力系统的稳定性。
2、在本发明中，考虑了多机之间的相互影响，对PSS参数进行了协调整定，避免了因借阻尼现象导致的其他振荡模式的恶化。
3、由于特高压交流、直流联网技术的发展，负荷的多样性以及用户用电特征变化，使得传统电网日趋复杂，运行方式多变，导致目前PSS参数整定方法不适应当今电网发展要求。本发明适用于对具有多运行方式的多机系统中的PSS参数进行协调整定。
附图说明
图1为本发明的方法步骤示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种适应电网多运行方式的多机PSS参数优化整定方法，其适用于具有多运行方式的多机电力系统PSS参数整定，所述方法包括：
步骤S101、利用系统中各节点功率和PV节点电压的标准日运行曲线计算出系统中所有机电振荡模式的特征根的期望和方差。
具体过程为在已知系统中各节点功率和PV节点电压的标准日运行曲线情况下，计算得到节点注入功率期望和方差，计算过程如下：
设系统中有N个节点，第i个节点电压和注入功率分别为Vi和Si，将节点电压实部和虚部分开，则节点注入功率为
S＝G(V1V1,...,ViVj,...,V2NV2N) (1)
节点注入功率期望为
式(2)中分别为S和Vi的期望值，
设立电压初值并带入式(2)中，可得
式(3)中JV为雅克比矩阵。
那么，节点电压方差为
式(4)中CV,CS分别为节点电压和节点注入功率的方差。
由于低频振荡模式的特征值λ为节点电压函数，有
Δλ＝JλΔV (5)
则低频振荡模式的特征值的方差为
设电力系统的系数矩阵为A，其期望为当系统中节点电压为期望时，系数矩阵为则有系数矩阵的期望为
由即可求得振荡模式的特征值的期望
步骤S102、在所有振荡模式的特征值满足正态分布假设条件下得出系统在多运行方式下具有足够阻尼的基本条件，具体步骤为；
在计算出所有振荡模式的特征值的期望和方差后，使用正态分布对所有特征值的分布函数进行拟合，设特征值λk的期望为计算出所有特征值的实部置信度为5％的单侧置信上限为
P{αk＜α'k}＝1-5％ (8)
式(9)中，为αk的方差。
计算出所有振荡模式的阻尼比的置信度为5％的单侧置信下限，有，
P{ξ'k＜ξk}＝1-5％ (10)
式(10)和式(11)中ξk,分别为第k个振荡模式的阻尼比及阻尼比的期望和方差。
当所有特征值的实部置信度为5％的单侧置信上限小于零且所有振荡模式的阻尼比的置信度为5％的单侧置信下限大于阈值(设为ξC)时，认为系统在多运行方式下均具有优良的稳定性，则有，
将式(12)和(13)改写为，
由于当ξk＞ξC时必有αk＜0，故可得在多运行方式下系统能够均能满足稳定性的基本条件为式(13)或式(15)。
步骤S103、通过概率特征根灵敏度分析进行PSS选址，其具体方法为：
求出所有特征值的实部置信度为5％的单侧置信上限和所有振荡模式的阻尼比的置信度为5％的单侧置信下限对各机组PSS的放大倍数以及时间常数的偏导数，通过偏导数相对大小排序以及符号特征得出每种振荡模式相关机组以及各PSS参数对不同振荡模式的影响效果。
设α'k对某一个PSS参数的灵敏度为ξ’k对某一个PSS参数的灵敏度为则有，
为了对式(16)进行求解，设特征值λk的左右特征向量分别为Wk和Uk，有
通过式(18)即可求得
设变量γk与变量ηk的协方差为可计算得
则有，
当γk＝ηk＝αk时，将其带入式(20)有
对第k个振荡模式的阻尼比进行微分可得
Δξk＝DAkΔαk+DBkΔβk (22)
式(22)中，
由式(22)可得
ξk的方差可由式(22)求得，
那么其灵敏度为
其中
由于故可由式(25)求得
将式(18)、(21)、(23)、(27)带入式(16)中，即可求得α'k和ξ’k对PSS参数的灵敏度，通过灵敏度大小即可找出阻尼此振荡模式的合适PSS安装点，同时通过灵敏度变化趋势亦可观察出不同机组安装的PSS之间的相互影响，从而避免借阻尼现象使得系统稳定性恶化。
步骤S104、考虑不同振荡模式的严重程度对不同振荡模式进行权重赋值，得出综合考虑不同振荡模式严重程度及多机协调的PSS参数优化整定目标函数及约束条件，具体方法为：
为了提高系统阻尼，以考虑系统所有运行方式下的阻尼比的置信度为5％的单侧置信下限达到阈值为目标，并综合考虑不同振荡模式的严重程度，建立目标函数，
式(28)中，K为PSS的待整定参数向量，Wk为第k种振荡模式的权重，且在整定过程中，满足稳定性条件的其他振荡模式的置信度为5％的单侧置信下限不能低于阈值，所整定的参数在允许范围内，故可建立约束条件为，
式(28)和(29)中k为待优化振荡模式，i为其他振荡模式，KSk为待整定参数PSS的放大倍数，KSkmin和KSkmax分别为其最小值和最大值，TSk,j为待整定参数PSS的第j个时间常数，TSk,jmin和TSk,jmax分别为其最小值和最大值。
在式(28)中，考虑了不同振荡模式的严重程度，当振荡模式的阻尼比的置信度为5％的单侧置信下限越小时，系统在多运行方式下不稳定的概率越大，此时对应的权重越大，反之，权重越小，故由此机理可采用机器学习或n次函数等方法进行权重确定。
如采用n次函数进行权重计算时，权重可写成，
式(30)中m和n均为正数。
通过对式(28)进行求解即可得到满足多运行方式的多机协调的PSS参数，使得PSS具有较强的鲁棒性。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种适应电网多运行方式的多机PSS参数优化整定方法，其特征在于，其包括如下步骤：
（1）利用系统中各节点功率和PV节点电压的标准日运行曲线计算出系统中所有机电振荡模式的特征值的期望和方差；
（2）在所有振荡模式的特征值满足正态分布假设条件下得出系统在多运行方式下具有足够阻尼的基本条件；
（3）通过概率特征根灵敏度分析进行PSS选址；
（4）考虑不同振荡模式的严重程度对不同振荡模式进行权重赋值，得出综合考虑不同振荡模式严重程度及多机协调的PSS参数优化整定目标函数及约束条件。
2.根据权利要求1所述的一种适应电网多运行方式的多机PSS参数优化整定方法，其特征在于，所述步骤（1）包括如下步骤：
（a）将具有多运行方式的电力系统的所有节点电压、节点注入功率及所有振荡模式的特征值作为随机变量；
（b）建立系统中各节点注入功率关于各节点电压的二次方程式；
（c）在已知各节点功率和PV节点电压的标准日运行曲线以及各特征值与各节点电压之间的关系的基础上，利用牛顿拉夫逊方法求解各振荡模式的特征值的期望及方差。
3.根据权利要求1所述的一种适应电网多运行方式的多机PSS参数优化整定方法，其特征在于，所述步骤（2）包括如下步骤：
（I）在计算出所有振荡模式的特征值的期望和方差后，使用正态分布对所有特征值的分布函数进行拟合，计算出所有特征值的实部置信度为5%的单侧置信上限以及所有振荡模式的阻尼比的置信度为5%的单侧置信下限；
（II）当所有特征值的实部置信度为5%的单侧置信上限小于零且所有振荡模式的阻尼比的置信度为5%的单侧置信下限大于阈值时，系统在多运行方式下均具有优良的稳定性。
4.根据权利要求1所述的一种适应电网多运行方式的多机PSS参数优化整定方法，其特征在于，所述步骤（3）为：求出所有特征值的实部置信度为5%的单侧置信上限和所有振荡模式的阻尼比的置信度为5%的单侧置信下限对各机组PSS的放大倍数以及时间常数的偏导数，通过偏导数相对大小排序以及符号特征得出每种振荡模式相关机组以及各PSS参数对不同振荡模式的影响效果，进而完成所有PSS的适当选址。
5.根据权利要求1所述的一种适应电网多运行方式的多机PSS参数优化整定方法，其特征在于，所述步骤（4）包括如下步骤：
（i）采用机器学习或者次函数的方法，在考虑振荡模式的严重程度下对需要优化的不同振荡模式进行适当权重赋值；
（ii）同时对所有机组PSS参数进行协调整定，以所有待优化振荡模式阻尼比达到或高于阈值为目标函数，考虑借阻尼现象，在进行待优化振荡模式对应的PSS参数调节时，其他振荡模式阻尼比不低于阈值作为约束条件。
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