CN109687480A - 抑制电力系统低频振荡的方法、系统及计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制电力系统低频振荡的方法、系统及计算机存储介质，电力系统在用电侧采用柔性负荷，在输电侧采用UPFC，柔性负荷采取频率反馈控制策略，UPFC串联侧变流器采取基于功率反馈的附加控制策略，通过遗传算法对柔性负荷与UPFC协同控制策略的各参数进行优化，得到最优协同控制策略，实现对电力系统低频振荡的有效抑制。

Description

抑制电力系统低频振荡的方法、系统及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及电力控制领域，特别是涉及一种抑制电力系统低频振荡的方法、系统及计算机存储介质。

背景技术

区域互联电网为解决资源分布不均衡，实现资源互补发挥了重要作用，然而长距离输电使得区域间的联系变得薄弱，容易出现低频振荡问题。系统低频振荡会导致频率、电压、功率等电气量持续振荡，如果不有效加以控制将最终将导致系统失稳、解列，造成停电事故。电力系统稳定器(Power System Stabilizer，PSS)是应对电力系统低频振荡的有效措施。PSS一般安装于发电机的励磁调节器中，其控制参数一般根据振荡频率设置，当系统环境发生变化时，抑制效果会受很大影响。

随着电力电子技术的发展，FACTS(Flexible Alternative CurrentTransmission Systems，FACTS)装置得到广泛应用，低频振荡的研究逐渐转向了输电侧，FACTS装置包括晶闸管投切电容器(Thyristor Switch Capacitor，TSC)，静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)，统一潮流控制器(Unified Power FlowController，UPFC)等等，这些装置可以直接安装到现有的交流系统中，不仅能够对电压、无功功率等起到控制作用，而且能够控制潮流，抑制系统低频振荡。另一方面，随着智能用电技术的发展，柔性负荷逐渐成为电网运行控制的新手段，柔性负荷参与电网频率稳定控制得到了大量的关注。为了得到更好的抑制效果，可以将柔性负荷和UPFC结合起来，但目前现有技术中还没有将柔性负荷与UPFC相结合，从用电和输电侧协同抑制电力系统低频振荡的方法。

发明内容

发明目的：本发明要解决的技术问题是提供一种抑制电力系统低频振荡的方法、系统及计算机存储介质，从输电和用电侧协同抑制电力系统低频振荡，并通过遗传算法优化控制参数，得到最优控制策略。

技术方案：本发明所述的抑制电力系统低频振荡的方法，电力系统在用电侧采用柔性负荷，在输电侧采用UPFC，通过协同优化参数控制柔性负荷总功率P_DR和UPFC串联侧电压V_p来抑制电力系统的低频振荡。

进一步的，通过遗传算法优化所述UPFC的反馈系数K_W、超前/滞后补偿时间常数中的T₁、T₃，以及柔性负荷的总容量P_DRm。

进一步的，所述的遗传算法优化的步骤为：

(1)随机创建初始代{K_W,T₁,T₃,P_DRm}；

(2)使用交叉和变异操作生成子代；

(3)对于每一组解{K_W,T₁,T₃,P_DRm}，计算适应度；

(4)根据子代中染色体的适应度，选择适应度最小的新一代个体；

(5)重复上述步骤(2)至步骤(4)，直至达到适应度最小的代数。

进一步的，步骤(3)中计算适应度的适应度函数为：

f＝λ₁ξ+λ₂hP_DRm,

其中，f为适应度函数；ξ为低频振荡模式的阻尼比，P_DRm为参与控制的柔性负荷总容量，h为柔性负荷容量的单位成本，λ₁、λ₂为权重系数。

进一步的，所述柔性负荷采取频率反馈控制策略，柔性负荷总功率P_DR关于频率偏差量Δf的表达式为：

其中，[-P_DRm,P_DRm]为P_DR最大变化范围，P_DRm为参与控制的柔性负荷总容量，

[-Δf_m,Δf_m]为控制中所考虑的Δf最大变化范围，系数K_DR为：

K_DR＝-P_DRm/Δf_m。

进一步的，频率偏差量Δf＝0.5Hz。

本发明所述的抑制电力系统低频振荡的系统，在输电侧采用了可以控制串联侧电压V_p的UPFC，在用电侧采用了可以控制柔性负荷的装置，所述装置的参数与UPFC的参数协同优化，并且通过控制柔性负荷总功率P_DR，实现其与UPFC的协同控制。

进一步的，所述的UPFC采用了上述方法进行控制。

进一步的，所述的控制柔性负荷的装置采用了上述方法控制柔性负荷。

本发明所述的计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被计算机处理器执行时实现上述的方法。

有益效果：本方法、系统和计算机存储介质能够将柔性负荷与UPFC相结合，从输电和用电侧协同抑制电力系统低频振荡，柔性负荷采取频率反馈控制策略，UPFC串联侧变流器采取基于功率反馈的附加控制策略，通过遗传算法对柔性负荷与UPFC协同控制策略的各参数进行优化，得到最优协同控制策略，实现对电力系统低频振荡的有效抑制。

附图说明

图1是柔性负荷与UPFC协同抑制低频振荡示意图；

图2是UPFC串联侧综合作用相量图；

图3是UPFC功率反馈控制结构图；

图4是柔性负荷的控制结构图；

图5是实施例中考虑的四机两区域系统模型；

图6是实施例中最优参数下四机两区域系统的时域仿真结果。

具体实施方式

如图1所示，本发明采用了柔性负荷与UPFC协同抑制电力系统中的低频振荡，柔性负荷采取频率反馈控制策略，UPFC串联侧变流器采取基于功率反馈的附加控制策略。

UPFC对低频振荡的抑制通过串联侧变流器来实现，其基本原理如图2所示，等同于在控制线路中串联一个幅值和相角均可调节的电势通过改变的幅值和相角就可以改变UPFC所在线路的端电压的幅值和相角。而串联侧的电压又分解为与电流I平行的和垂直的两个分量V_p+jV_q，所以控制V_p、V_q的幅值及相角等同于实现系统的有功及无功功率调节，从而实现对线路潮流的控制。如图3所示，为了实现对低频振荡的抑制，以线路有功功率P_L作为控制控制输入，经过信号隔直环节、放大环节，时间超前滞后补偿环节和限幅环节后得到控制输出，通过控制V_p实现对线路潮流有功分量的控制及对低频振荡的抑制。在UPFC的控制策略中，反馈系数K_W和超前/滞后补偿时间常数T₁、T₂、T₃、T₄为影响低频振荡抑制效果的关键参数；而柔性负荷的阻尼效果很大程度上由P_DRm和Δf_m决定。在已有的文献报道中，T₂、T₄可取固定值，而Δf_m与一次调频的要求有关，一般为最大允许频率偏差，通常也取固定值。这些参数中，假设T₂、T₄取0.5s，Δf_m取0.5Hz，通过遗传算法优化其它参数。

柔性负荷采用图4所示的频率反馈控制策略，就地检测电力系统频率作为响应的依据。其中每一个柔性负荷与每一个控制器相连，控制器能够独立检测工频电压信号的频率，并与额定频率比较(相减)，将得到的频率偏差乘以系数K_DR，得到负荷所需调整的比例量，并输出控制信号调整柔性负荷的功率。在大量柔性负荷共同参与控制时，其柔性负荷的总功率P_DR与频率f满足上述发明内容中公式所给出的关系。

本发明所述的抑制电力系统低频振荡的系统，在用电侧采用了可以控制柔性负荷的装置，在输电侧采用了UPFC。具体结构如图5所示，考虑一个四机两区域系统，7节点与9节点分别接有967MW和1767MW的负荷，假设柔性负荷的总容量P_DRm按照1:2的比例在7节点与9节点分配。UPFC安装在容易发生功率振荡的节点8与节点9之间的支路上。

UPFC采用图4所示的功率反馈控制策略，反馈的功率P_L为节点7与节点8之间的有功功率。反馈信号依次经过信号隔直环节、放大环节，时间超前滞后补偿环节和限幅环节后，叠加在V_p的基准值上，再经过换流器的等效一阶惯性环节，与得到控制输出V_p，由于V_p与电流I平行，控制V_p即可实现对有功功率P_L的控制。

上述控制系统中，参数{K_W,T₁,T₃,P_DRm}通过基于遗传算法的优化得到。具体为：在遗传算法优化过程中，首先随机创建初始参数{K_W,T₁,T₃,P_DRm}；然后通过一系列遗传算法操作(交叉、变异)，生成新的参数{K_W,T₁,T₃,P_DRm}，并计算适应度函数；接着根据适应度函数选择较优的一组(或多组)参数{K_W,T₁,T₃,P_DRm}作为下一代个体，再执行交叉、变异等操作，往复循环，直到满足终止条件。遗传算法的具体实施可借助Matlab软件的遗传算法工具箱，定义好待优化变量和适应度函数后，能够自动优化得到最优参数。经过遗传算法优化，得到最优参数：K_W＝-1.43,T₁＝0.017s,T₃＝0.015s,P_DRm＝754MW。时域仿真中考虑8节点处发生三相短路故障(0.05s后故障切除)。将这些参数代入模型中，时域仿真结果如图6所示。从图6可以看出，代入最优参数后，功率振荡迅速得到平抑。

本发明的实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序。当所述计算机程序由处理器执行时，可以实现前述控制的方法。例如，该计算机存储介质为计算机可读存储介质。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (10)

1.一种抑制电力系统低频振荡的方法，其特征在于：电力系统在用电侧采用柔性负荷，在输电侧采用UPFC，通过协同优化参数控制柔性负荷总功率P_DR和UPFC串联侧电压V_p来抑制电力系统的低频振荡。

2.根据权利要求1所述的抑制电力系统低频振荡的方法，其特征在于：通过遗传算法优化所述UPFC的反馈系数K_W、超前/滞后补偿时间常数中的T₁、T₃，以及柔性负荷的总容量P_DRm。

3.根据权利要求2所述的抑制电力系统低频振荡的方法，其特征在于所述的遗传算法优化的步骤为：

(1)随机创建初始代{K_W,T₁,T₃,P_DRm}；

(2)使用交叉和变异操作生成子代；

(3)对于每一组解{K_W,T₁,T₃,P_DRm}，计算适应度；

(4)根据子代中染色体的适应度，选择适应度最小的新一代个体；

(5)重复上述步骤(2)至步骤(4)，直至达到适应度最小的代数。

4.根据权利要求3所述的抑制电力系统低频振荡的方法，其特征在于：步骤(3)中计算适应度的适应度函数为：

f＝λ₁ξ+λ₂hP_DRm,

其中，f为适应度函数；ξ为低频振荡模式的阻尼比，P_DRm为参与控制的柔性负荷总容量，h为柔性负荷容量的单位成本，λ₁、λ₂为权重系数。

5.根据权利要求1所述的抑制电力系统低频振荡的方法，其特征在于：所述柔性负荷采取频率反馈控制策略，柔性负荷总功率P_DR关于频率偏差量Δf的表达式为：

其中，[-P_DRm,P_DRm]为P_DR最大变化范围，P_DRm为参与控制的柔性负荷总容量，[-Δf_m,Δf_m]为控制中所考虑的Δf最大变化范围，系数K_DR为：

K_DR＝-P_DRm/Δf_m。

6.根据权利要求5所述的抑制电力系统低频振荡的方法，其特征在于：频率偏差量Δf＝0.5Hz。

7.一种抑制电力系统低频振荡的系统，其特征在于：在输电侧采用了可以控制串联侧电压V_p的UPFC，在用电侧采用了可以控制柔性负荷的装置，所述装置的参数与UPFC的参数协同优化，并且通过控制柔性负荷总功率P_DR，实现其与UPFC的协同控制。

8.根据权利要求7所述的抑制电力系统低频振荡的系统，其特征在于：所述的UPFC采用了权利要求4所述的方法进行控制。

9.根据权利要求8所述的抑制电力系统低频振荡的系统，其特征在于：所述的控制柔性负荷的装置采用了权利要求5所述的方法控制柔性负荷。

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述程序被计算机处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述方法。