CN115513987B - 级联混合型直流与upfc的联合振荡抑制方法、设备及介质 - Google Patents

级联混合型直流与upfc的联合振荡抑制方法、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及柔性交流输电技术领域，尤其涉及一种级联混合型直流与UPFC的联合振荡抑制方法、设备及介质，方法包括：选取两组发电厂交流发电机转速作为控制的输出信号；选取UPFC串联换流器的有功控制环作为第一输入信号；选取逆变侧MMC换流站的有功控制环作为控制的第二输入信号；对第一输入信号和第二输入信号分别施加扰动，得到新的输出信号，分别计算出第一传递函数和第二传递函数；将第一传递函数和第二传递函数形成等值电网的最终传递函数；通过最终传递函数，基于鲁棒控制算法，计算出各输入、输出信号间的控制传递函数；将控制传递函数分别附加于UPFC串联换流器的有功控制环和级联混合型直流侧定有功功率MMC换流站的有功控制环，对振荡进行抑制。

Description

级联混合型直流与UPFC的联合振荡抑制方法、设备及介质
技术领域
本发明涉及柔性交流输电技术领域，尤其涉及一种级联混合型直流与UPFC的联合振荡抑制方法、设备及介质。
背景技术
柔性交流输电技术（Flexible Alternating Current Transmission Systems，FACTS）是综合电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术，它能够增强交流电网的稳定性并降低电力传输的成本。该技术通过为电网提供感应或无功功率从而提高输电质量和效率。
统一潮流控制器（Unified Power Flow Controller，UPFC）作为第三代FACTS元件之一，也是最有力、最全面的晶闸管控制装置，通过控制规律调节功率和线路参数，UPFC可分别或同时实现串联补偿、并联补偿、移相等集中不同的功能，提高线路传输能力、稳定性及阻尼震荡，具有独特的实时控制传输线路潮流的特性。与其他FACTS控制器相比，UPFC控制范围较大，控制方式更为灵活，可对输电线路的潮流进行准确、灵活地控制，从而均衡输电通道潮流，提升稀缺廊道资源的输电效率。
混合直流输电由于结合了常规直流输电（Line-commuted Converter based HighVoltage Direct Current，LCC-HVDC）与柔性直流输电（Voltage Source Converter basedHigh Voltage Direct Current，VSC-HVDC）两种各自的优点，近年来也已经成为直流输电技术的重要发展方向。混合直流系统在提升受端常规直流换向失败抵御能力的同时，其落点结构也同时有利于工程的分期建设，减少对受端电网的影响。
高电压等级、远距离、大容量的直流输电和交直流系统的大规模互联将有效缓解我国能源与负荷中心呈逆向分布的问题，促进可再生能源的消纳。随着电网建设，受端电网直流落点密集，网架结构复杂，导致电网面临低频振荡的风险逐渐增大。
如江苏省是华东地区的重要负荷中心，电能消耗大，但能源较为紧缺。目前，有包括800kV白鹤滩-江苏混合级联直流、500kV龙政直流和800kV锦苏直流等在内的多回直流线路馈入江苏，网架结构复杂，负荷压力大，输电线路接近满载运行，如果低频振荡不能得到有效抑制，严重时会引起系统解列，带来严重后果。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供了一种级联混合型直流与UPFC的联合振荡抑制方法、设备及介质，从而有效解决背景技术中的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种级联混合型直流与UPFC的联合振荡抑制方法，包括如下步骤：
选取两组发电厂交流发电机转速，分别作为控制的输出信号；
选取UPFC串联换流器的有功控制环作为控制的第一输入信号；
选取级联混合型直流逆变侧定有功功率MMC换流站的有功控制环作为控制的第二输入信号；
对所述第一输入信号和第二输入信号分别施加扰动，得到新的输出信号，通过新的所述输出信号与原所述输出信号，分别计算出所述第一输入信号的第一传递函数和所述第二输入信号的第二传递函数；
将所述第一传递函数和第二传递函数形成等值电网的最终传递函数；
通过所述最终传递函数，基于鲁棒控制算法，计算出各输入、输出信号间的控制传递函数；
将所述控制传递函数分别附加于UPFC串联换流器的有功控制环和级联混合型直流侧定有功功率MMC换流站的有功控制环，对振荡进行抑制。
进一步地，所述第一传递函数包括：
对所述第一输入信号施加所述扰动后对两组发电厂中其中一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G 11(s)；
对所述第一输入信号施加所述扰动后对两组发电厂中另一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G 21(s)；
所述第二传递函数包括：
对所述第二输入信号施加所述扰动后对两组发电厂中其中一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G 21(s)；
对所述第二输入信号施加所述扰动后对两组发电厂中另一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G 22(s)。
进一步地，所述传递函数G 11(s)、G 21(s)、G 21(s)和G 22(s)分别为：
G 11(s) =Δy 1/Δu 1，G 21(s) =Δy 2/Δu 1；
G 12(s) =Δy 1/Δu 2，G 22(s) =Δy 2/Δu 2；
其中，y 1与y 2分别为原所述输出信号，Δy 1与Δy 2为新的所述输出信号，u 1为所述第一输入信号，u 2为所述第二输入信号，Δu 1为对所述第一输入信号施加的扰动，Δu 2为对所述第二输入信号施加的扰动。
进一步地，所述最终传递函数为：
。
进一步地，所述控制传递函数包括：K 11(s)、K 12(s)、K 21(s)、K 22(s)，
；
其中，u 1(s)和u 2(s)分别为所述控制传递函数对两个输出信号处理后的附加信号。
进一步地，将所述传递函数K 11(s)和K 12(s)附加于UPFC串联换流器的有功控制环，将所述传递函数K 21(s)和K 22(s)附加于级联混合型直流逆变侧定有功功率MMC换流站的有功控制环。
本发明还包括一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述的方法。
本发明还包括一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法。
本发明的有益效果为：本发明利用现有的电网中的UPFC和级联混合型直流逆变侧MMC，涉及不同控制回路的联合鲁棒阻尼控制方法来抑制低频振荡，避免了控制回路复杂情况下的交叉解耦，相比于传统阻尼控制具有更好的振荡抑制效果。并且控制器安装在混合级联直流的逆变侧，减小了控制器位于整流侧所带来的时延影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明方法的流程图；
图2为含UPFC和级联混合型直流的某实际电网等值系统的拓扑结构图；
图3为鲁棒控制理论设计图；
图4为鲁棒控制系统实际结构图；
图5为验证方案中不同控制方法下交流发电机转速对比图；
图6为本发明计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将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。
如图1所示：一种级联混合型直流与UPFC的联合振荡抑制方法，包括：
选取两组发电厂交流发电机转速，分别作为控制的输出信号；
选取UPFC串联换流器的有功控制环作为控制的第一输入信号；
选取级联混合型直流逆变侧定有功功率MMC换流站的有功控制环作为控制的第二输入信号；
对第一输入信号和第二输入信号分别施加扰动，得到新的输出信号，通过新的输出信号与原输出信号，分别计算出第一输入信号的第一传递函数和第二输入信号的第二传递函数；
将第一传递函数和第二传递函数形成等值电网的最终传递函数；
通过最终传递函数，基于鲁棒控制算法，计算出各输入、输出信号间的控制传递函数；
将控制传递函数分别附加于UPFC串联换流器的有功控制环和级联混合型直流侧定有功功率MMC换流站的有功控制环，对振荡进行抑制。
利用现有的电网中的UPFC和级联混合型直流逆变侧MMC，涉及不同控制回路的联合鲁棒阻尼控制方法来抑制低频振荡，避免了控制回路复杂情况下的交叉解耦，相比于传统阻尼控制具有更好的振荡抑制效果。并且控制器安装在混合级联直流的逆变侧，减小了控制器位于整流侧所带来的时延影响。
在本实施例中，第一传递函数包括：
对第一输入信号施加扰动后对两组发电厂中其中一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G 11(s)；
对第一输入信号施加扰动后对两组发电厂中另一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G 21(s)；
第二传递函数包括：
对第二输入信号施加扰动后对两组发电厂中其中一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G 21(s)；
对第二输入信号施加扰动后对两组发电厂中另一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G 22(s)。
其中，传递函数G 11(s)、G 21(s)、G 21(s)和G 22(s)分别为：
G 11(s) =Δy 1/Δu 1，G 21(s) =Δy 2/Δu 1；
G 12(s) =Δy 1/Δu 2，G 22(s) =Δy 2/Δu 2；
其中，y 1与y 2分别为原输出信号，Δy 1与Δy 2为新的输出信号，u 1为第一输入信号，u 2为第二输入信号，Δu 1为对第一输入信号施加的扰动，Δu 2为对第二输入信号施加的扰动。
通过计算不同的传递函数G 11(s)、G 21(s)、G 21(s)和G 22(s)，从而将对第一输入信号施加的扰动反映出对两个输出信号的影响，将对第二输入信号施加的扰动反映出对两个输出信号的影响，从而根据施加扰动前后的输出信号值，来计算出扰动的影响的传递函数，方便对整个等效电网的最终函数进行准确计算。
作为上述实施例的优选，最终传递函数为：
。
其中，控制传递函数包括：K 11(s)、K 12(s)、K 21(s)、K 22(s)，
；
其中，u 1(s)和u 2(s)分别为控制传递函数对两个输出信号处理后的附加信号。
作为上述实施例的优选，将传递函数K 11(s)和K 12(s)附加于UPFC串联换流器的有功控制环，将传递函数K 21(s)和K 22(s)附加于级联混合型直流逆变侧定有功功率MMC换流站的有功控制环。
通过将传递函数K 11(s)和K 12(s)附加于UPFC串联换流器的有功控制环，将传递函数K 21(s)和K 22(s)附加于级联混合型直流逆变侧定有功功率MMC换流站的有功控制环，从而通过不同控制回路的联合鲁棒阻尼控制方法来抑制低频振荡，避免了控制回路复杂情况下的交叉解耦，相比于传统阻尼控制具有更好的振荡抑制效果。并且控制器安装在混合级联直流的逆变侧，减小了控制器位于整流侧所带来的时延影响。
以如图2所示的电网系统为例，通过图3和图4中的鲁棒控制结构来进行联合振荡抑制，图3是本发明中混合直流与UPFC联合鲁棒控制理论设计图，其中W1(s)、W2(s)、W3(s)均为设定的权函数，z∞为对应权函数输出的无穷大范数，z2为对应权函数输出的二范数，r1、r2均为控制回路输入，e1、e2均为控制回路差值输入，u1、u2均为电网线性化系统输入，y1、y2均为电网线性化系统输出，w为扰动；图4是本发明中混合直流与UPFC联合鲁棒控制系统实际结构图，其中P1为输入到UPFC的实际有功功率，P2为输入到MMC3的实际有功功率；Pref1为输入到UPFC的参考有功功率，Pref2为输入到MMC3的参考有功功率，控制系统输入信号；u1为联合鲁棒控制系统输入到UPFC的附加信号，u2为联合鲁棒控制系统输入到MMC3的附加信号，∆ω1与∆ω2为输入到联合鲁棒控制系统的控制信号。
设置2s时刻发生单相接地短路故障，故障持续时间为0.1s，对不投入控制器、投入耦合鲁棒控制器和投入经典控制器情况下的发电机转速信号响应进行对比，如图5所示。在振荡前期，传统超前-滞后控制器可以抑制系统的低频振荡。而在故障消失后较长一段时间内，系统再次发生振荡，传统控制失效。这是因为两个经典控制器基于系统线性化模型设计，大扰动下系统线性化模型发生变化。而基于的耦合鲁棒控制器在设计时充分考虑了鲁棒性，该控制器对系统模型变化不敏感，在系统发生各种扰动时均能表现出良好的控制效果和抗干扰性能。
请参见图6示出的本申请实施例提供的计算机设备的结构示意图。本申请实施例提供的一种计算机设备400，包括：处理器410和存储器420，存储器420存储有处理器410可执行的计算机程序，计算机程序被处理器410执行时执行如上的方法。
本申请实施例还提供了一种存储介质430，该存储介质430上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器410运行时执行如上的方法。
其中，存储介质430可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory,简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Red-Only Memory,简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory,简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种级联混合型直流与UPFC的联合振荡抑制方法，包括如下步骤：
选取两组发电厂交流发电机转速，分别作为控制的输出信号；
选取UPFC串联换流器的有功控制环作为控制的第一输入信号；
选取级联混合型直流逆变侧定有功功率MMC换流站的有功控制环作为控制的第二输入信号；
对所述第一输入信号和第二输入信号分别施加扰动，得到新的输出信号，通过新的所述输出信号与原所述输出信号，分别计算出所述第一输入信号的第一传递函数和所述第二输入信号的第二传递函数；
将所述第一传递函数和第二传递函数形成等值电网的最终传递函数；
通过所述最终传递函数，基于鲁棒控制算法，计算出各输入、输出信号间的控制传递函数；
将所述控制传递函数分别附加于UPFC串联换流器的有功控制环和级联混合型直流侧定有功功率MMC换流站的有功控制环，对振荡进行抑制；
所述第一传递函数包括：
对所述第一输入信号施加所述扰动后对两组发电厂中其中一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G11(s)；
对所述第一输入信号施加所述扰动后对两组发电厂中另一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G21(s)；
所述第二传递函数包括：
对所述第二输入信号施加所述扰动后对两组发电厂中其中一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G12(s)；
对所述第二输入信号施加所述扰动后对两组发电厂中另一发电厂交流发电机转速影响的传递函数G22(s)；
所述传递函数G11(s)、G21(s)、G12(s)和G22(s)分别为：
G11(s)＝Δy1/Δu1，G21(s)＝Δy2/Δu1；
G12(s)＝Δy1/Δu2，G22(s)＝Δy2/Δu2；
其中，Δy1与Δy2为新的所述输出信号与原所述输出信号的差值，Δu1为对所述第一输入信号施加的扰动，Δu2为对所述第二输入信号施加的扰动；
所述最终传递函数为：
所述控制传递函数包括：K11(s)、K12(s)、K21(s)、K22(s)，
其中，u1(s)和u2(s)分别为所述控制传递函数对两个输出信号处理后的附加信号。
2.根据权利要求1所述的级联混合型直流与UPFC的联合振荡抑制方法，其特征在于，将所述传递函数K11(s)和K12(s)附加于UPFC串联换流器的有功控制环，将所述传递函数K21(s)和K22(s)附加于级联混合型直流逆变侧定有功功率MMC换流站的有功控制环。
3.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1或2所述的方法。
4.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的方法。
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