CN114024311A - 抑制低频振荡的鲁棒控制方法、系统、介质及计算设备 - Google Patents

抑制低频振荡的鲁棒控制方法、系统、介质及计算设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制低频振荡的鲁棒控制方法、系统、介质及计算设备，本发明获取引起低频振荡的主控线路频率差，对频率差进行鲁棒控制，保证系统鲁棒性，将鲁棒控制获得的有功功率加入外环定功率控制进行振荡抑制，实现了IPFC换流器对所连主控线路引起低频振荡的抑制。

Description

抑制低频振荡的鲁棒控制方法、系统、介质及计算设备
技术领域
本发明涉及一种抑制低频振荡的鲁棒控制方法、系统、介质及计算设备，属于柔性交流输电技术领域。
背景技术
低频振荡是电力系统在遭受扰动后联络线上的功率摇摆，由于电网规模较大，我国低频振荡问题不时发生，其本质原因是由于发电机阻尼不足甚至是负阻尼引起的发散振荡。一般来说抑制低频振荡措施有安装电力系统稳定器（PSS），但PSS对区域内低频振荡模式具有较好的效果，但是鲁棒性难以保证。目前第三代柔性交流输电FACTS抑制低频振荡，相关技术主要集中于常规柔性交流输电设备，还没有线间潮流控制器（IPFC）抑制低频振荡、且保证系统鲁棒性的方法。
发明内容
本发明提供了一种抑制低频振荡的鲁棒控制方法、系统、介质及计算设备，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
抑制低频振荡的鲁棒控制方法，包括：
响应于所连主控线路故障引起低频振荡，获取所连主控线路的频率差；
对频率差进行鲁棒控制，获得有功功率；
根据有功功率进行外环定功率控制，获得外环有功电流，用以抑制低频振荡。
对频率差进行鲁棒控制，获得有功功率，包括：
对频率差进行滤波处理；
对滤波处理后的频率差进行鲁棒控制，获得有功功率。
对频率差进行滤波处理，包括：
对频率差进行一阶低通滤波处理；
对一阶低通滤波处理后的频率差进行一阶高通滤波处理。
根据有功功率进行外环定功率控制，获得外环有功电流，用以抑制振荡，包括：
计算有功功率与外环功率控制参考值的和值；
计算和值与外环功率控制测量值的差值；
对差值进行PI控制，获得外环有功电流，用以抑制振荡。
抑制低频振荡的鲁棒控制方法系统，包括：
频率差获取模块：响应于所连主控线路故障引起低频振荡，获取所连主控线路的频率差；
阻尼控制模块：对频率差进行鲁棒控制，获得有功功率；
外环定功率控制模块：根据有功功率进行外环定功率控制，获得外环有功电流，用以抑制低频振荡。
阻尼控制模块包括：
滤波模块：对频率差进行滤波处理；
鲁棒控制模块：对滤波处理后的频率差进行鲁棒控制，获得有功功率。
滤波模块包括：
一阶低通滤波模块：对频率差进行一阶低通滤波处理；
一阶高通滤波模块：对一阶低通滤波处理后的频率差进行一阶高通滤波处理。
外环定功率控制模块包括：
和值计算模块：计算有功功率与外环功率控制参考值的和值；
差值计算模块：计算和值与外环功率控制测量值的差值；
PI控制模块：对差值进行PI控制，获得外环有功电流，用以抑制振荡。
存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行抑制低频振荡的鲁棒控制方法。
计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行抑制低频振荡的鲁棒控制方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明获取引起低频振荡的主控线路频率差，对频率差进行鲁棒控制，保证系统鲁棒性，将鲁棒控制获得的有功功率加入外环定功率控制进行振荡抑制，实现了IPFC换流器对所连主控线路引起低频振荡的抑制。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为IPFC的拓扑结构图；
图3为换流器中鲁棒控制方法的逻辑图；
图4为验证方案一中，在有、无控制时交流系统中发电机转速差对比图；
图5为验证方案二中，在有、无控制时交流系统中发电机转速差对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，抑制低频振荡的鲁棒控制方法，包括以下步骤：
步骤1，响应于所连主控线路故障引起低频振荡，获取所连主控线路的频率差；
步骤2，对频率差进行鲁棒控制，获得有功功率；
步骤3，根据有功功率进行外环定功率控制，获得外环有功电流，用以抑制低频振荡。
上述方法运用在IPFC的换流器中，主要为连接主控制线路的换流器中，该方法获取引起低频振荡的主控线路频率差，对频率差进行鲁棒控制，保证系统鲁棒性，将鲁棒控制获得的有功功率加入外环定功率控制进行振荡抑制，实现了IPFC换流器对所连主控线路引起低频振荡的抑制。
如图2所示，IPFC主要用于对交流输电系统线路所输送的有功及无功功率进行动态调节，灵活控制输电线路潮流，其主要结构是由多个背靠背的通过直流电容进行互联的电压源型换流器（VSC）组合而成，每个换流器连接一条线路，其中，1、2、…、n为编号。
IPFC正常运行时，选择某条线路作为其辅控线路，其余线路均为主控线路。主控线路换流器同时对其所连线路有功及无功功率进行控制，由于辅控线路换流器需要维持直流母线电压稳定，故仅对其所连线路有功或无功功率进行控制。通过这种控制方式，可以选择一条或数条重载线路作为主控线路，在确保主控线路的潮流不越限的前提下，将过载部分潮流合理分配至其他次优先级线路，这样即可有效均衡各输电通道潮流，避免潮流过载现象出现，极大地提升系统输电能力。
当某一主控线路故障时会引起所连接交流系统低频振荡，例如，主控线路中单相接地故障，会引起交流系统低频振荡。
当自身所连主控线路故障引起低频振荡，先获得所连主控线路的频率差Δf，对频率差依此进行一阶低通滤波处理1/(1+sT)、一阶高通滤波处理sT /(1+sT)和鲁棒控制，获得有功功率P add ；其中，T为滤波时间常数，s为拉普拉斯算子。
为了防止有功功率变化太快，需要对有功功率P add 进行速率限制，将速率限制后的有功功率P add 作为外环定功率控制的输入，获得外环有功电流i dref ，通过外环有功电流抑制低频振荡。
上述外环定功率控制与换流器当前使用的外环定功率控制一致，仅仅是增加了有功功率P add 这一额外输入，计算有功功率P add 与外环功率控制参考值Psref的和值，计算和值与外环功率控制测量值P s 的差值，对差值进行PI控制K p + K i /s，获得外环有功电流，对外环有功电流进行幅值限制（幅值限制的范围为-i dlim ~ i dlim ），获得最终的用以抑制振荡的外环有功电流i dref 。
以图2中的结构为例，假设换流器1所连接线路为辅控线路，其余换流器所连接线路为主控线路；主控线路2中单相接地故障，引起交流系统低频振荡。
如图3所示，在换流器2中，进行振荡抑制的方法，可以如下：
1）获取主控线路2的频率差Δf；
2）频率差Δf依此进行一阶低通滤波处理1/(1+sT)、一阶高通滤波处理sT /(1+sT)和鲁棒控制，获得有功功率P add ；
3）将有功功率P add 作为外环定功率控制的输入，获得用以抑制低频振荡的外环有功电流i dref 。
为了验证上述方法，图2中换流器2所连主控线路中设置单相接地故障，故障发生时刻为1.5秒，持续时间为0.1s，交流系统中发电机转速差在有控制与无控制的对比效果如图4所示。可以看出，在鲁棒控制作用下，与IPFC相连的交流系统的低频振荡得到了较好的抑制，证明了上述方法有效。
图2中换流器n所连主控线路中设置三相接地故障，故障发生时刻为1.5秒，持续时间为0.1s，交流系统中发电机的角速度ω在有控制与无控制的对比效果如图5所示。可以看出，即使发生三相故障，在鲁棒控制作用下，与IPFC相连的交流系统的低频振荡仍能得到较好的抑制，从而证明了上述方法的鲁棒性。
综上，上述方法实现了IPFC换流器对所连主控线路引起低频振荡的抑制，同时保证了系统鲁棒性。
基于相同的技术方法，本发明还公开了上述方法的软件系统，即抑制低频振荡的鲁棒控制方法系统，包括：
频率差获取模块：响应于所连主控线路故障引起低频振荡，获取所连主控线路的频率差。
阻尼控制模块：对频率差进行鲁棒控制，获得有功功率。
阻尼控制模块包括：
滤波模块：对频率差进行滤波处理；
鲁棒控制模块：对滤波处理后的频率差进行鲁棒控制，获得有功功率。
滤波模块包括：
一阶低通滤波模块：对频率差进行一阶低通滤波处理；
一阶高通滤波模块：对一阶低通滤波处理后的频率差进行一阶高通滤波处理。
外环定功率控制模块：根据有功功率进行外环定功率控制，获得外环有功电流，用以抑制低频振荡。
外环定功率控制模块包括：
和值计算模块：计算有功功率与外环功率控制参考值的和值；
差值计算模块：计算和值与外环功率控制测量值的差值；
PI控制模块：对差值进行PI控制，获得外环有功电流，用以抑制振荡。
上述系统的各模块可以装载在换流器中，或者每个换流器可额外连接一阻尼控制器，其中频率差获取模块、阻尼控制模块均设置在阻尼控制器内，外环定功率控制模块设置在换流器。
基于相同的技术方案，本发明还公开了存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行抑制低频振荡的鲁棒控制方法。
基于相同的技术方案，本发明还公开了计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行抑制低频振荡的鲁棒控制方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.抑制低频振荡的鲁棒控制方法，其特征在于，包括：
响应于所连主控线路故障引起低频振荡，获取所连主控线路的频率差；
对频率差进行鲁棒控制，获得有功功率；
根据有功功率进行外环定功率控制，获得外环有功电流，用以抑制低频振荡。
2.根据权利要求1所述的抑制低频振荡的鲁棒控制方法，其特征在于，对频率差进行鲁棒控制，获得有功功率，包括：
对频率差进行滤波处理；
对滤波处理后的频率差进行鲁棒控制，获得有功功率。
3.根据权利要求2所述的抑制低频振荡的鲁棒控制方法，其特征在于，对频率差进行滤波处理，包括：
对频率差进行一阶低通滤波处理；
对一阶低通滤波处理后的频率差进行一阶高通滤波处理。
4.根据权利要求1所述的抑制低频振荡的鲁棒控制方法，其特征在于，根据有功功率进行外环定功率控制，获得外环有功电流，用以抑制振荡，包括：
计算有功功率与外环功率控制参考值的和值；
计算和值与外环功率控制测量值的差值；
对差值进行PI控制，获得外环有功电流，用以抑制振荡。
5.抑制低频振荡的鲁棒控制方法系统，其特征在于，包括：
频率差获取模块：响应于所连主控线路故障引起低频振荡，获取所连主控线路的频率差；
阻尼控制模块：对频率差进行鲁棒控制，获得有功功率；
外环定功率控制模块：根据有功功率进行外环定功率控制，获得外环有功电流，用以抑制低频振荡。
6.根据权利要求5所述的抑制低频振荡的鲁棒控制方法系统，其特征在于，阻尼控制模块包括：
滤波模块：对频率差进行滤波处理；
鲁棒控制模块：对滤波处理后的频率差进行鲁棒控制，获得有功功率。
7.根据权利要求6所述的抑制低频振荡的鲁棒控制方法系统，其特征在于，滤波模块包括：
一阶低通滤波模块：对频率差进行一阶低通滤波处理；
一阶高通滤波模块：对一阶低通滤波处理后的频率差进行一阶高通滤波处理。
8.根据权利要求5所述的抑制低频振荡的鲁棒控制方法系统，其特征在于，外环定功率控制模块包括：
和值计算模块：计算有功功率与外环功率控制参考值的和值；
差值计算模块：计算和值与外环功率控制测量值的差值；
PI控制模块：对差值进行PI控制，获得外环有功电流，用以抑制振荡。
9.存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至4所述的方法中的任一方法。
10.计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至4所述的方法中的任一方法的指令。
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