CN116632864B - 环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法 - Google Patents
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Abstract
环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法,属于电力系统超低频振荡事故分析与控制技术领域,以耗散能量为基础,计算局部阻尼贡献率,并将其作为传统调速器的脉冲信号,实现调速器参数的自动切换,可使系统兼顾超低频振荡的阻尼特性与一次调频的性能。本发明区别于传统基于阈值切换的方法,局部阻尼贡献率的正负能够更准确的判别系统是否发生振荡,不需要利用算法或其他装置等中间环节,极大的减小了误判的可能性,耗散能量随时间的实时变化,使局部阻尼贡献率动态更新,不会存在延迟,能够准确高效的抑制超低频振荡,维持系统的动态稳定。
Description
技术领域
本发明属于电力系统超低频震荡事故分析与控制技术领域,特别是涉及到一种环境激励下基于水电机组调速器参数切换的超低频振荡控制方法。
背景技术
近年来,高水电占比电网中超低频振荡事故在国内外时有发生,这种超低频率的振荡给电网带来极大的损失,因此采取措施有效抑制超低频振荡至关重要。
目前,超低频振荡的抑制方法主要分为三类:利用直流附加频率控制,加装或改进电力系统稳定器以及优化水轮机调速器参数。直流附加频率控制可通过提供正阻尼抑制超低频振荡,但直流会将送端的扰动传递给受端,造成受端的功率波动,从而对受端电网的安全稳定运行产生影响。加装或改进电力系统稳定器虽然可以抑制超低频振荡,却也存在很多弊端。优化水轮机调速器参数可以抑制超低频振荡,但调速器参数的变化会影响机组一次调频性能。
传统上常采用基于偏差阈值的切换方法,即提前设定偏差,程序根据偏差进行自动切换,利用这种方法时,偏差阈值的选择十分重要,若设置的偏小或偏大,会发生误切或漏切的情况,因此难以保证超低频振荡的及时有效抑制。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法,用于解决现有技术中水电机组超低频震荡抑制方法的不足。
环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法,包括以下步骤,且以下步骤顺次进行,
步骤一、数据预处理
设置电力系统中某条线路退出运行,引发随机响应,对电力系统进行机电暂态仿真,在随机扰动条件下,采集一定时间段内电力系统各发电机的有功功率P、无功功率Q以及电压幅值U以及电压相角θ;
步骤二、发电机端口的耗散能量计算
将所述步骤一采集的数据进行数据处理后,获得有功功率变化量、无功功率变化量、电压幅值的自然对数变化量以及电压相角变化量,利用发电机端口的耗散能量公式计算获得各发电机端口的耗散能量WDi
式中,△Pi为第i台发电机端口有功功率变化量,△Qi为第i台发电机端口无功功率变化量,△lnUi为Ui的自然对数变化量,Ui为第i台发电机端口的电压幅值,△θi为第i台发电机端口电压相角变化量,t为函数自变量时间;
步骤三、局部阻尼贡献率计算
根据所述步骤三获得耗散能量在每个时刻的值,利用Matlab中的绘图代码,绘制出耗散能量随时间变化的曲线,做为耗散能量流,对耗散能量流进行线性拟合,耗散能量WDi拟合后表示方式为,WDi=Kt+C
式中,K为耗散能量的趋势分量,t为拟合函数自变量时间,C为耗散能量初始值;
采用各发电机耗散能量的趋势分量K,做为局部阻尼贡献率,表征系统的阻尼水平;根据K的正负即可判断系统是否发生振荡,在K为负值时,系统发生振荡,所对应的发电机为振荡源;
步骤四、设定大参数与小参数,并将调速器设置为小参数模式运行;
步骤五、根据K值的正负,自动切换参数模式;
若K>0,继续运行在小参数模式,若K<0,调速器自动切换为大参数模式;再次判断K的正负,若K<0,继续运行在大参数模式,直至K>0,自动切换为小参数模式。
所述步骤二数据处理采用去趋势和归一化处理。
所述步骤三采用Matlab软件中的CurveFittingTool工具箱对各发电机耗散能量进行线性拟合。
所述步骤四大参数与小参数的设定方法为,调速器中的比例系数KP与积分系数KI是影响系统阻尼特性与一次调频性能的主要因素,调速器中KP,KI的取值范围为1-10,当KI与KP的值偏小时(KI小于3,KP为1),系统阻尼特性较好,此时的参数为小参数,当KI与KP的值偏大时(KI大于3,KP大于7),系统的一次调频性能较好,此时的参数为大参数。
通过上述设计方案,本发明可以带来如下有益效果:环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法,以耗散能量为基础,计算局部阻尼贡献率,并将其作为传统调速器的脉冲信号,实现调速器参数的精确切换,可使系统兼顾超低频振荡的阻尼特性与一次调频的性能。此外,区别于传统基于阈值切换的方法,局部阻尼贡献率的正负能够更准确的判别系统是否发生振荡,不需要利用算法或其他装置等中间环节,极大的减小了误判的可能性,耗散能量随时间的实时变化,使局部阻尼贡献率动态更新,不会存在延迟,能够准确高效的抑制超低频振荡,维持系统的动态稳定。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明:
图1为本发明环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法流程框图。
图2为本发明环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法装置结构示意图。
图3为本发明环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法具体实施方式十六机五区系统结构示意图。
图4为本发明环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法具体实施方式小参数模式,大参数模式,基于K切换三种模式下,频率偏差对比图。
具体实施方式
环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法,如图1所示,包括以下步骤,
S1、收集系统随机响应信号,进行信号预处理。
所述S1具体包括:
S11、设置系统中某条线路退出运行,引发随机响应,对系统进行机电暂态仿真,获取随机扰动下电力系统各发电机的有功功率P、无功功率Q、电压幅值U和电压相角θ;
S2、耗散能量计算
所述S2具体包括:
S21、根据采集时间段内获得的各发电机端口的有功功率P、无功功率Q以及电压幅值U和电压相角θ,获得有功功率变化量、无功功率变化量,电压幅值的自然对数变化量以及电压相角变化量;
S22、利用发电机端口的耗散能量公式计算并获得各发电机端口的耗散能量WDi,
其中,△Pi为第i台发电机端口有功功率变化量,△Qi为第i台发电机端口无功功率变化量,△lnUi为Ui的自然对数变化量,△θi为第i台发电机端口电压相角变化量,t表示函数自变量时间。
所述S21具体包括:
在数据采集时间内,以稳态值为基准,计算发电机的有功功率P的变化量、无功功率Q的变化量、电压U的变化量,并计算电压U的自然对数lnU及其变化量,以及电压相角θ的变化量,对P、Q、lnU、θ的变化量进行去趋势、归一化处理,得到对应的变化量△Pi、△Qi、△lnUi、△θi。
S3、根据耗散能量公式,获得耗散能量在每个时刻的值,利用Matlab中的绘图代码,绘制出耗散能量随时间变化的曲线,即为耗散能量流,对耗散能量流进行线性拟合,提取发电机耗散能量的趋势分量K,描述耗散能量曲线的变化趋势,根据指标K的正负,判断系统是否发生振荡,并作为调速器参数切换的判据。
所述步骤S3具体包括:
S31、利用Matlab软件中的Curve Fitting Tool工具箱对各发电机耗散能量进行线性拟合;
S32、耗散能量WDi可表示为:WDi=Kt+C,其中,K为耗散能量的趋势分量,t为拟合函数自变量时间,C为耗散能量初始值,提取各发电机耗散能量的趋势分量K,获得描述耗散能量曲线的变化趋势,在K为负值时,系统发生振荡,所对应的发电机为振荡源,调速器参数自动切换,抑制振荡。
环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法,采用环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制装置,如图2所示,包括以下模块:
获取模块,用于获取各发电机电气量数据,作为后续计算的基础;
计算模块,用于对获取模块中获取的各发电机电气量数据进行处理和计算,并计算发电机端口的耗散能量以及局部阻尼贡献率K;
判断模块,用于判断K的正负,监测系统的运行状态,是否发生振荡。
实施例一、
以十六机五区系统为例,验证本发明的有效性,16机5区系统的电气接线图如图3所示。
步骤一、随机数据采集与预处理
1.随机数据采集
设置线路L2-3在第100s时退出运行,系统发生超低频振荡事故。采集一定时间段内各发电机的有功功率P、无功功率Q、电压幅值U以及电压相角θ;
步骤二、发电机端口的耗散能量计算
根据采集时间段内获得的各发电机端口的有功功率P、无功功率Q以及电压幅值U和电压相角θ,获得有功功率变化量、无功功率变化量,电压幅值的自然对数变化量以及电压相角变化量,利用发电机端口的耗散能量公式计算并获得各发电机端口的耗散能量WDi;
其中,△Pi为第i台发电机端口有功功率变化量,△Qi为第i台发电机端口无功功率变化量,△lnUi为Ui的自然对数变化量,△θi为第i台发电机端口电压相角变化量,t表示函数自变量时间。
步骤三、局部阻尼贡献率计算
根据耗散能量公式,获得耗散能量在每个时刻的值,利用Matlab中的绘图代码,绘制出耗散能量随时间变化的曲线,即为耗散能量流,对耗散能量流进行线性拟合,将耗散能量WDi用另一种表示方式为:WDi=Kt+C。
公式中,K为耗散能量的趋势分量,t为拟合函数自变量时间,C为耗散能量初始值。各发电机耗散能量的趋势分量K,即为局部阻尼贡献率,可以表征系统的阻尼水平。根据K的正负即可判断系统是否发生振荡,在K为负值时,系统发生振荡,所对应的发电机为振荡源。
步骤四、设定大参数与小参数,并将调速器设置为小参数模式运行。
步骤五、根据K的正负,自动切换小参数与大参数模式。
图4为16机5区系统在小参数模式,大参数模式,基于K切换三种模式下,频率偏差对比图,表1为小参数模式,大参数模式,基于K切换三种模式下,频率偏差波动幅度对比。
表1
由图4和表1可知,基于K切换条件下,系统的频率偏差与有功功率波动幅度最小,虽然大参数条件下一次调频时间更短,但若系统长时间处于大参数条件,容易引发振荡,因此,基于K切换条件下,综合效果更好。
本方法以能量为主导,设计了一个超低频振荡监测和控制架构,在经典PID型调速器中引入耗散能量与局部阻尼贡献率的计算环节,局部阻尼贡献率的正负可以实时监测系统的运行状态,判断系统是否发生振荡,并实现调速器参数的自动精确切换,用不同的参数实现分段控制,使调速器兼顾系统的阻尼特性及一次调频性能,此外,所提的超低频振荡监测与控制架构不需要复杂的装置或算法作为中间环节,极大的减小了误判的可能性,实现准确高效的抑制超低频振荡。
Claims (3)
1.环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法,其特征是:包括以下步骤,且以下步骤顺次进行,
步骤一、数据预处理
设置电力系统中某条线路退出运行,引发随机响应,对电力系统进行机电暂态仿真,在随机扰动条件下,采集一定时间段内电力系统各发电机的有功功率P、无功功率Q以及电压幅值U以及电压相角θ;
步骤二、发电机端口的耗散能量计算
将所述步骤一采集的数据进行数据处理后,获得有功功率变化量、无功功率变化量、电压幅值的自然对数变化量以及电压相角变化量,利用发电机端口的耗散能量公式计算获得各发电机端口的耗散能量WDi
式中,△Pi为第i台发电机端口有功功率变化量,△Qi为第i台发电机端口无功功率变化量,△lnUi为Ui的自然对数变化量,Ui为第i台发电机端口的电压幅值,△θi为第i台发电机端口电压相角变化量,t为函数自变量时间;
步骤三、局部阻尼贡献率计算
根据所述步骤三获得耗散能量在每个时刻的值,利用Matlab中的绘图代码,绘制出耗散能量随时间变化的曲线,做为耗散能量流,对耗散能量流进行线性拟合,耗散能量WDi拟合后表示方式为,WDi=Kt+C
式中,K为耗散能量的趋势分量,t为拟合函数自变量时间,C为耗散能量初始值;
采用各发电机耗散能量的趋势分量K,做为局部阻尼贡献率,表征系统的阻尼水平;根据K的正负即可判断系统是否发生振荡,在K为负值时,系统发生振荡,所对应的发电机为振荡源;
步骤四、设定大参数与小参数,并将调速器设置为小参数模式运行;
步骤五、根据K值的正负,自动切换参数模式;
若K>0,继续运行在小参数模式,若K<0,调速器自动切换为大参数模式;再次判断K的正负,若K<0,继续运行在大参数模式,直至K>0,自动切换为小参数模式;
所述步骤四大参数与小参数的设定方法为,一次调频性能通过调速器中的比例系数KP与积分系数KI调节,调速器中KP,KI的取值范围为1-10,当KI与KP的值偏小KI小于3,KP为1时,系统阻尼特性较好,此时的参数为小参数;当KI与KP的值偏大KI大于3,KP大于7时,系统的一次调频性能较好,此时的参数为大参数。
2.根据权利要求1所述的环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法,其特征是:所述步骤二数据处理采用去趋势和归一化处理。
3.根据权利要求1所述的环境激励下基于调速器参数切换的超低频振荡控制方法,其特征是:所述步骤三采用Matlab软件中的Curve Fitting Tool工具箱对各发电机耗散能量进行线性拟合。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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