CN112054549B - 一种直流输电系统稳定性提升的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流输电系统稳定性提升的方法，首先建立待处理直流输电系统的状态空间方程和阻抗模型；向其中代入控制参数数值并计算稳定裕度值，若稳定裕度值小于设定的稳定裕度阈值，则输出控制参数数值；否则进行控制参数的优化，向状态空间方程中代入控制参数数值得到状态矩阵A，对其进行特征值分析得到主导模态，并获得高参与度控制参数集合；再筛选出高灵敏度控制参数，以灵敏度大小为权重对其进行修正，根据修正后的各高灵敏度控制参数进行稳定裕度值计算，直到稳定裕度值大于设定的稳定裕度阈值为止。上述方法通过对直流输电系统的控制参数进行优化，提高系统的稳定裕度，从而有效抑制直流输电系统的振荡失稳现象。

Description

一种直流输电系统稳定性提升的方法
技术领域
本发明涉及输配电技术领域，尤其涉及一种直流输电系统稳定性提升的方法。
背景技术
目前，由于我国能源资源与负荷中心呈逆向分布，因此远距离、大容量输电是实现资源优化配置的重要手段，直流输电技术成为近年来我国重点建设和大力发展的输电手段。直流输电系统已成为我国电网重要的组成部分，其稳定性直接影响着整个电网的运行状态。
近年来的研究表明，直流输电系统在联接弱交流电网、系统运行方式改变、控制系统参数配置不合理或其他外界因素扰动等场景下容易出现动态失稳问题。例如在LCC-HVDC系统中，锁相环增益对其小干扰稳定性有直接影响，该参数配置不合理直接可能导致系统振荡发散；对于VSC-HVDC系统而言，在弱交流电网下，控制器带宽的变化将直接影响系统的稳定性；对于MMC-HVDC系统而言，环流抑制、外部主控制器增益等控制参数对其内部谐波稳定性有很大影响，锁相环、电流环等其他控制器参数设置不合理直接影响其外部稳定性，可能导致出现不同频段的振荡问题。因此有必要研究出一种有效控制参数优化的方法，以提高系统的稳定裕度。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流输电系统稳定性提升的方法，该方法能够基于直流系统稳定裕度的要求，对控制参数进行定向精准优化，提高系统的稳定裕度，从而有效抑制直流输电系统的振荡失稳现象。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种直流输电系统稳定性提升的方法，所述方法包括：
步骤1、根据实际工程需求设定稳定裕度阈值，并建立待处理直流输电系统的状态空间方程；
步骤2、根据步骤1得到的状态空间方程，建立待处理直流输电系统的阻抗模型；
步骤3、向步骤2得到的阻抗模型中代入控制参数数值，计算待处理直流输电系统的稳定裕度值，若稳定裕度值小于设定的稳定裕度阈值，则转入步骤4，否则转入步骤7；
步骤4、向步骤1得到的状态空间方程中代入控制参数数值得到状态矩阵A，对所述状态矩阵A进行特征值分析得到主导模态，通过对所述主导模态进行参与因子分析获得高参与度控制参数集合；其中，所述主导模态是对系统当前稳定裕度不足状态起主导作用的弱阻尼模态；
步骤5、根据所述主导模态对各高参与度控制参数集合的灵敏度，筛选出高灵敏度控制参数，以灵敏度大小为权重确定各高灵敏度控制参数的修正量，对各高灵敏度控制参数进行修正；
步骤6、根据修正后的各高灵敏度控制参数进行稳定裕度值计算，若此时得到的稳定裕度值大于设定的稳定裕度阈值，则转入步骤7；
步骤7、输出控制参数数值，结束优化流程，否则继续进行控制参数的优化，直到稳定裕度值大于设定的稳定裕度阈值为止。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法通过对直流输电系统的控制参数进行优化，提高系统的稳定裕度，从而有效抑制直流输电系统的振荡失稳现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的直流输电系统稳定性提升的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的直流输电系统稳定性提升的方法流程示意图，所述方法包括：
步骤1、根据实际工程需求设定稳定裕度阈值，并建立待处理直流输电系统的状态空间方程；
在该步骤中，所设定的相位裕度应大于30°，幅值裕度应大于3dB。
所述建立待处理直流输电系统的状态空间方程的过程具体为：
首先确定状态变量与输入变量，建立对整个待处理直流输电系统的非线性方程描述，具体如下式(1)所示：
Figure BDA0002671987600000031
其中，X为直流输电系统的状态变量；U为输入变量；Y为输出变量；
然后通过对该待处理直流输电系统在稳态运行点的局部线性化，转化为状态空间描述，具体如下述公式(2)所示：
Figure BDA0002671987600000032
其中，A、B、C、D皆为系数矩阵，具体如下：A为状态矩阵，B为输入矩阵，C为输出矩阵，D为前馈矩阵，各矩阵的计算方法如下式(3)所示：
Figure BDA0002671987600000033
其中，X0为直流输电系统在稳态运行点的状态变量取值。
步骤2、根据步骤1得到的状态空间方程，建立待处理直流输电系统的阻抗模型；
在该步骤中，所述建立待处理直流输电系统的阻抗模型的过程具体为：
在待处理直流输电系统中选取指定的接口位置，将其分为两个不同的子系统；
对两个子系统分别按照步骤1的操作建立状态空间方程，其中定义输入变量U和输出变量Y分别为接口位置的电压和电流；
再通过下述公式(4)将状态空间方程转换为子系统导纳模型，通过下述公式(5)转换为子系统阻抗模型：
Y1、2＝C(sI-A)-1B+D (4)
Z1、2＝Y1、2 -1 (5)
其中，Y1、2分别为两个子系统1、2的导纳模型；Z1、2分别为两个子系统1、2的阻抗模型。
步骤3、向步骤2得到的阻抗模型中代入控制参数数值，计算待处理直流输电系统的稳定裕度值，若稳定裕度值小于设定的稳定裕度阈值，则转入步骤4，否则转入步骤7；
在该步骤中，所述计算待处理直流输电系统的稳定裕度值的过程具体为：
将所述阻抗模型转化为描述整个系统的传递函数，向所述传递函数中代入控制参数数值，通过奈奎斯特曲线或波特图求取系统的相位裕度和幅值裕度。
步骤4、向步骤1得到的状态空间方程中代入控制参数数值得到状态矩阵A，对所述状态矩阵A进行特征值分析得到主导模态，通过对所述主导模态进行参与因子分析获得高参与度控制参数集合；
其中，所述主导模态是对系统当前稳定裕度不足状态起主导作用的弱阻尼模态；
步骤5、根据所述主导模态对各高参与度控制参数集合的灵敏度，筛选出高灵敏度控制参数，以灵敏度大小为权重确定各高灵敏度控制参数的修正量，对各高灵敏度控制参数进行修正；
步骤6、根据修正后的各高灵敏度控制参数进行稳定裕度值计算，若此时得到的稳定裕度值大于设定的稳定裕度阈值，则转入步骤7；
步骤7、输出控制参数数值，结束优化流程，否则继续进行控制参数的优化，直到稳定裕度值大于设定的稳定裕度阈值为止。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种直流输电系统稳定性提升的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、根据实际工程需求设定稳定裕度阈值，并建立待处理直流输电系统的状态空间方程；
步骤2、根据步骤1得到的状态空间方程，建立待处理直流输电系统的阻抗模型；
步骤3、向步骤2得到的阻抗模型中代入控制参数数值，计算待处理直流输电系统的稳定裕度值，若稳定裕度值小于设定的稳定裕度阈值，则转入步骤4，否则转入步骤7；
步骤4、向步骤1得到的状态空间方程中代入控制参数数值得到状态矩阵A，对所述状态矩阵A进行特征值分析得到主导模态，通过对所述主导模态进行参与因子分析获得高参与度控制参数集合；其中，所述主导模态是对系统当前稳定裕度不足状态起主导作用的弱阻尼模态；
步骤5、根据所述主导模态对各高参与度控制参数集合的灵敏度，筛选出高灵敏度控制参数，以灵敏度大小为权重确定各高灵敏度控制参数的修正量，对各高灵敏度控制参数进行修正；
步骤6、根据修正后的各高灵敏度控制参数进行稳定裕度值计算，若此时得到的稳定裕度值大于设定的稳定裕度阈值，则转入步骤7；
步骤7、输出控制参数数值，结束优化流程，否则继续进行控制参数的优化，直到稳定裕度值大于设定的稳定裕度阈值为止。
2.根据权利要求1所述直流输电系统稳定性提升的方法，其特征在于，在步骤1中，所述建立待处理直流输电系统的状态空间方程的过程具体为：
首先确定状态变量与输入变量，建立对整个待处理直流输电系统的非线性方程描述，具体如下式(1)所示：
Figure FDA0003746497110000011
其中，X为直流输电系统的状态变量；U为输入变量；Y为输出变量；
然后通过对该待处理直流输电系统在稳态运行点的局部线性化，转化为状态空间描述，具体如下述公式(2)所示：
Figure FDA0003746497110000012
其中，A、B、C、D皆为系数矩阵，具体如下：A为状态矩阵，B为输入矩阵，C为输出矩阵，D为前馈矩阵，各矩阵的计算方法如下式(3)所示：
Figure FDA0003746497110000021
其中，X0为直流输电系统在稳态运行点的状态变量取值。
3.根据权利要求2所述直流输电系统稳定性提升的方法，其特征在于，在步骤2中，所述建立待处理直流输电系统的阻抗模型的过程具体为：
在待处理直流输电系统中选取指定的接口位置，将其分为两个不同的子系统；
对两个子系统分别按照步骤1的操作建立状态空间方程，其中定义输入变量U和输出变量Y分别为接口位置的电压和电流；
再通过下述公式(4)将状态空间方程转换为子系统导纳模型，通过下述公式(5)转换为子系统阻抗模型：
Y1、2＝C(sI-A)-1B+D (4)
Z1、2＝Y1、2 -1 (5)
其中，Y1、2分别为两个子系统的导纳模型；Z1、2分别为两个子系统的阻抗模型。
4.根据权利要求1所述直流输电系统稳定性提升的方法，其特征在于，在步骤3中，所述计算待处理直流输电系统的稳定裕度值的过程具体为：
将所述阻抗模型转化为描述整个系统的传递函数，向所述传递函数中代入控制参数数值，通过奈奎斯特曲线或波特图求取系统的相位裕度和幅值裕度。
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