專利名稱：在電力分配系統(tǒng)中阻尼多個(gè)模式的電磁振蕩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在互聯(lián)多個(gè)發(fā)電機(jī)與消費(fèi)者的電力系統(tǒng)中的阻尼多才莫電 磁振蕩的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力市場(chǎng)正在進(jìn)行的衰退，從遠(yuǎn)距離發(fā)電機(jī)到本地消費(fèi)者的負(fù)荷 傳輸和電力托送已成為普通的實(shí)踐。由于在公用事業(yè)與對(duì)于資產(chǎn)最佳化的 需要之間的竟?fàn)幍慕Y(jié)果，增加的電功率量通過現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送，必定引 起擁塞、傳輸瓶頸和/或電力傳輸系統(tǒng)的部件的振蕩。在這方面，電力傳輸 網(wǎng)絡(luò)是高度動(dòng)態(tài)的?？偟膩碚f，在包括若干交流發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)中的電
磁振蕩具有小于幾Hz的頻率，并且被認(rèn)為只要它們衰變(decay)就是可 接受的。它們是由系統(tǒng)負(fù)荷的正常的微小改變引發(fā)的，而且它們是任何電 力系統(tǒng)的特性。
然而，當(dāng)例如由于發(fā)電機(jī)、負(fù)荷和/或傳輸線的連接或斷連帶來的功率 流的新分布的原因改變了電力系統(tǒng)的工作點(diǎn)時(shí)，可能出現(xiàn)阻尼不足的振 蕩。同樣地，若干現(xiàn)有電力網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，即使電力網(wǎng)絡(luò)在它們互聯(lián)之前沒 有單獨(dú)地呈現(xiàn)任何阻尼差的振蕩，也可能引起阻尼不足的振蕩。在這些情 形下，幾MW的傳輸功率的增加可能造成在穩(wěn)定振蕩與不穩(wěn)定振蕩之間的 差別，不穩(wěn)定振蕩具有使得系統(tǒng)坍塌或?qū)е率ネ健⑹セヂ?lián)以及最后 不能向消費(fèi)者供應(yīng)電力的潛在可能。對(duì)電力系統(tǒng)的適當(dāng)監(jiān)視可以幫助網(wǎng)絡(luò) 運(yùn)營(yíng)商準(zhǔn)確地評(píng)估電力系統(tǒng)狀態(tài)并通過釆取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)來避免電力系統(tǒng) 全部停電，所述行動(dòng)諸如連接專門設(shè)計(jì)的振蕩阻尼設(shè)備。
電力傳輸和分布系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)包括高壓聯(lián)絡(luò)線，用于連接地理上分開 的區(qū)域；中壓線；和子站，用于變換電壓和用于在線路之間切換連接。對(duì) 于管理網(wǎng)絡(luò)而言，本領(lǐng)域已知的是利用相量測(cè)量單元(Phasor Measurement Unit,PMU)。 PMU提供關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的、加時(shí)間印記的局部信息，尤其是電流、 電壓、和負(fù)荷流。由PMU在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中收集的且在中央數(shù)據(jù)處理器被處 理的多個(gè)相量測(cè)量提供了電力系統(tǒng)的總電狀態(tài)的快照。
專利申請(qǐng)EP-A 1 737 098描述了電力系統(tǒng)中由靈活A(yù)C傳輸系統(tǒng)(Flexible AC Transmission System, FACTS)裝置進(jìn)行的組合的電壓或功率流 控制和阻尼單模電磁振蕩。為此，關(guān)于電力系統(tǒng)的狀態(tài)或工作點(diǎn)的信息從 適合的第二系統(tǒng)信號(hào)生成，并從中得出FACTS控制器的控制參數(shù)。控制 參數(shù)和第一系統(tǒng)信號(hào)被用于計(jì)算規(guī)定FACTS裝置的設(shè)置的控制命令。根 據(jù)電力系統(tǒng)的狀態(tài)變化，諸如傳輸網(wǎng)絡(luò)的拓樸變化，通過適當(dāng)?shù)刂匦抡{(diào)節(jié) 阻尼或穩(wěn)定化設(shè)備的控制參數(shù)，來避免阻尼差的或甚至不穩(wěn)定的振蕩。
示例性靈活交流傳輸系統(tǒng)(Flexible Alternating-Current Transmissioin System, FACTS)裝置包括功率半導(dǎo)體組件，并且作為例子，包括靜態(tài)無功 補(bǔ)償器(Static-Var Compensator, SVC)、統(tǒng)一功率流控制器(Unified Power Flow Controller, UPFC)、晶閘管控制的串聯(lián)電容器(Thyristor-Controlled Series Capacitor, TSCS)、晶閘管控制的移相變壓器(thyristor controlled phase-shifting transformer, TCPST)、阻抗調(diào)制器、和串聯(lián)補(bǔ)償電容器。
這樣的已知技術(shù)使得能夠根據(jù)單個(gè)反饋信號(hào)阻尼控制所選擇的單模 振蕩。這被稱為單輸入單輸出解決方案(SISO)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在電力網(wǎng)絡(luò)中
的機(jī)電振蕩也采取多個(gè)振蕩模式疊加的形式。這些多振蕩模式產(chǎn)生與單模 振蕩類似的問題，因此具有使得電力網(wǎng)絡(luò)坍塌的潛在可能。而且，在其中
功率振蕩阻尼(Power Oscillation Damping, POD)控制器被用來穩(wěn)定化單個(gè) 選擇的振蕩模式的情況下，這可能常常具有使存在的其它振蕩模式(例如 第二主導(dǎo)模式)不穩(wěn)定的效果，隨后第二主導(dǎo)模式比第一主導(dǎo)模式被阻尼 得更小。因此，可以看出，第二主導(dǎo)才莫式(和任何其他才莫式)受到SISOPOD 控制器性能的負(fù)影響，SISO POD控制器被調(diào)節(jié)以改進(jìn)對(duì)第一主導(dǎo)振蕩模 式的阻尼。
參照使得單模振蕩的阻尼控制得以實(shí)現(xiàn)的已知技術(shù)，圖l示出了利用 本地反饋的已知SISO POD控制器的效果的復(fù)頻域曲線圖。在這樣的復(fù)頻 域曲線圖(在s平面上)上，x軸代表s的實(shí)部(它是絕對(duì)模態(tài)阻尼(absolute modal damping)),而y軸 表s的虛部(它是才莫態(tài)頻率(modal frequency)， 以每秒弧度計(jì))，其中s平面變換通常被稱為拉普拉斯變換(Laplace transform),因此在s平面中，乘以s具有在對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)域中微分的效果， 而#皮s除具有積分的效果。在s平面上的每個(gè)點(diǎn)代表特征值或轉(zhuǎn)移函數(shù)極 點(diǎn)(transfer fimction pole )。最接近x軸的箭頭10代表第一主導(dǎo)振蕩才莫式 的阻尼的改進(jìn)，這是因?yàn)樘卣髦档母淖僞L引導(dǎo)到復(fù)平面的左半部。另外根 據(jù)x軸的平行箭頭12代表第二主導(dǎo)振蕩模式的阻尼的惡化(在時(shí)域中增加振蕩)，它由特征值向復(fù)平面的右半部的改變表示。
R.Sadikovic等人的論文"Application of FACTS Devices for Damping of Power System Oscillations", proceedings of the Power Tech conference 2005, 6月27-30, St.Petersburg RU,出于各種目的在此引用它的公開內(nèi)容以 供參考。該論文解決了在改變工作條件的情形下恰當(dāng)?shù)姆答佇盘?hào)的選擇和 功率振蕩阻尼(power oscillation damping, POD)控制器參數(shù)的隨后自適應(yīng)調(diào) 節(jié)。它是基于線性化系統(tǒng)模型，其轉(zhuǎn)移函數(shù)G(s)被擴(kuò)展到N個(gè)留數(shù)(residue ) 之和
N個(gè)特征值Xi對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的N個(gè)振蕩模式，而對(duì)于特定模式的留數(shù) Ri給出了該模式的特征值對(duì)在系統(tǒng)的輸出與輸入之間的反饋的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是以靈活的方式和用最少的附加設(shè)備來阻尼電力 傳輸網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)電磁振蕩。這些目的是通過按照權(quán)利要求1和5的用于 阻尼電力系統(tǒng)中的多個(gè)電磁振蕩的方法和控制器來達(dá)到的。根據(jù)從屬權(quán)利 要求另外的優(yōu)選實(shí)施例是是明顯的。
按照本發(fā)明的第 一方面，提供了用于阻尼電力系統(tǒng)中的多個(gè)電磁振蕩 的方法。該方法包括從至少一個(gè)電力系統(tǒng)位置獲得相量數(shù)據(jù)信號(hào)；分析 每個(gè)振蕩模式；從所述信號(hào)內(nèi)提取每個(gè)振蕩模式；根據(jù)分析，阻尼每個(gè)振 蕩模式；以及把從阻尼的振蕩模式得出的控制信號(hào)施加到電力系統(tǒng)中的功 率流控制設(shè)備。該方法的特征在于，提取振蕩模式的步驟還包括模式選擇
和模式留數(shù)最大化。
優(yōu)選地，該方法還包括疊加兩個(gè)或多個(gè)阻尼的振蕩模式以獲得疊加 信號(hào)；以及把從疊加信號(hào)得出的控制信號(hào)施加到電力系統(tǒng)中的功率流控制 設(shè)備。因此，該方法可以被有利地用于阻尼單振蕩模式或多振蕩模式。
優(yōu)選地，模式選擇的步驟還包括獲得模態(tài)可控制性和模態(tài)可觀察性。 而且，每個(gè)模式留數(shù)代表模態(tài)可控制性和模態(tài)可觀察性的乘積。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了用于阻尼電力系統(tǒng)中的多個(gè)電磁振蕩 的控制器。該控制器包括至少一個(gè)相量測(cè)量單元，獲得包括振蕩模式信 號(hào)的相量數(shù)據(jù)信號(hào)；至少一個(gè)功率振蕩阻尼器控制器，用于接收和阻尼每 個(gè)振蕩模式信號(hào)；疊加裝置，用于接收和求和被阻尼的信號(hào)并且得出控制信號(hào)；以及反饋控制器，把控制信號(hào)反饋到電力系統(tǒng)中的功率流控制設(shè)備。 該控制器的特征在于，它還包括模式選擇裝置和留數(shù)最大化裝置，用于在 相量數(shù)據(jù)信號(hào)內(nèi)提取每個(gè)振蕩模式。
電力系統(tǒng)是大規(guī)模系統(tǒng)，具有許多動(dòng)態(tài)狀態(tài)、振蕩模式和可測(cè)量的輸 入與輸出。因此，有許多可能的信號(hào)可被選擇為反饋信號(hào)。本發(fā)明確保了 對(duì)反饋信號(hào)和控制器設(shè)計(jì)過程的適當(dāng)選擇，以使得至少一個(gè)振蕩模式能夠 被有效地阻尼。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的控制器在本說明書中也可被稱為補(bǔ)償 器。
優(yōu)選地，至少 一個(gè)功率振蕩阻尼器控制器可以是MIMO功率振蕩阻尼 器控制器、SISO功率振蕩阻尼器控制器、SIMO功率振蕩阻尼器控制器或 MISO功率振蕩阻尼器控制器。
優(yōu)選地，該控制器在各種各樣的監(jiān)視和控制平臺(tái)上操作。 在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該控制器在相量測(cè)量單元上操作。 在又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該控制器在功率流控制設(shè)備上操作。 本發(fā)明的控制器可以作為在數(shù)字計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件或作為使用諸 如EPROM之類的技術(shù)的硬接線實(shí)現(xiàn)方式等而被實(shí)施。有利地，本發(fā)明具 有相當(dāng)?shù)偷膹?fù)雜性，但有效地解決了阻尼電力傳輸網(wǎng)中的多個(gè)電磁振蕩的 問題。


將在以下的正文中參照附圖中圖示的優(yōu)選示例性實(shí)施例，更詳細(xì)地說
明本發(fā)明的主題，其中
圖1圖形地圖示了按照現(xiàn)有技術(shù)利用本地反饋信號(hào)進(jìn)行控制的已知
SISO POD控制器的復(fù)頻域中的影響。
圖2是本發(fā)明的控制器的設(shè)計(jì)方法的流程圖。 圖3A-圖3E示意地圖示了本發(fā)明的控制器的各種實(shí)施例。 圖4示出了基于所有可用信號(hào)的最佳控制解決方案的奈奎斯特圖 (Nyquist diagram)。
圖5示出了僅基于本地信號(hào)的最佳控制解決方案的奈奎斯特圖。
圖6圖形地圖示了按照本發(fā)明的利用仔細(xì)選擇的遠(yuǎn)程PMU反饋信號(hào)
進(jìn)行控制的MIMO POD控制器的復(fù)頻域中的影響。
圖7示出了在電力系統(tǒng)中與包括遠(yuǎn)程信號(hào)的所有可用信號(hào)對(duì)應(yīng)的留數(shù)增益的曲線圖。
在附圖中使用的附圖標(biāo)記和它們的意義中以匯總表的形式列于附圖 標(biāo)記列表中。原則上，在圖中同樣的部件被提供以相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式
圖2示出了使得同時(shí)阻尼電力系統(tǒng)中的多個(gè)振蕩模式使得實(shí)現(xiàn)的方法 步驟的流程圖。為了完整.起見，包括本發(fā)明算法的以下推導(dǎo)。在第一步驟
14,電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)^^莫型 x = /(x,z) (1)
圍繞感興趣的點(diǎn)x=xo被線性化，因此得到
A ;c(O = JAx(/1) + 5A"0) (2) AyO) = CAxO) + DA《)
(為了簡(jiǎn)化和不損失所得到的結(jié)果的一般性，在從這里開始所寫的公式中假 設(shè)該直通矩陣(direct through matrix) D為零矩陣)
在第二步驟16中，模態(tài)分析把該模型變換成模態(tài)坐標(biāo)，得出滿足(3) 和(4)的n個(gè)特征值Xk以及相應(yīng)的左lk和右rk特征向量(l^l,…,n)。 det(^-V) = 0 (3)
應(yīng)當(dāng)指出，如果狀態(tài)空間矩陣A具有n個(gè)不同的特征值，A, R和L 分別是特征值的對(duì)角矩陣以及右特征向量和左特征向量的矩陣。 爿i = i .A
￡r>4 = ALr (4)
引入以下的相似性變換(5)，并把公式(2)重寫為(6)。 Ax = (5)
△yO) = c鄉(xiāng))
選擇變換矩陣T等于R(A的右特征向量的矩陣)， 即，& = (6)變成(7)。眷Az(,) +脅(0 *』，and 、= w叫 (7)
在圖2的第三步驟18中，找出臨界模式。接著，選擇20臨界模式i。 這組所有復(fù)特征值Xk表征為振蕩。用于評(píng)估振蕩的阻尼的實(shí)際度量不是絕 對(duì)阻尼otk而是由(8)式給出的相對(duì)阻尼&,它產(chǎn)生以百分?jǐn)?shù)計(jì)的歸一化 (normalized)值，《k e<-100;+100 〉。
100^i% (8)
工作的電力系統(tǒng)是穩(wěn)定的，這意味著，根據(jù)相對(duì)阻尼(8),條件(9)滿 足；對(duì)所有&進(jìn)行排序(通過所有相應(yīng)的特征值和特征向量A, R和L)是有
用的。把最小值表示為^，并把它(具有相應(yīng)的頻率COk)稱為主導(dǎo)才莫式。 mi《>0, & = 1,...," (9)
所有感興趣的其他模式是具有最低指數(shù)(對(duì)應(yīng)于差的阻尼)的那些模 式。如在第五22和第六24流程圖步驟中表示的，必須得出模態(tài)可控制性 和可觀察性并且分別選擇用于模式I的最佳輸入和輸出。
應(yīng)當(dāng)指出，在復(fù)分析中，"留數(shù)，，是描述亞純函數(shù)圍繞奇異點(diǎn)的線積分 的行為的復(fù)數(shù)。留數(shù)也可被用來計(jì)算實(shí)積分，以及允許經(jīng)由留數(shù)定理確定 更復(fù)雜的路線積分。每個(gè)留數(shù)代表^t態(tài)可控制性和可觀察性的乘積。
對(duì)于感興趣的所述/任何選擇的^t式入k，計(jì)算26以下的留數(shù)組；即， 相對(duì)于所有可能的輸入和輸出的，維度mxr的矩陣RES如下
扁(4卜C(:力5()t,:)二
(10)
參照流程圖的第八步驟28，可以設(shè)想部分SISO控制器(用于單模)被 如下設(shè)計(jì)
對(duì)于感興趣的模式，比如說Xi,選擇輸入i和輸出j,以使得相應(yīng)的單 個(gè)復(fù)留數(shù)reSij(M)具有在所有mxr的RES(、)之中的最大范數(shù)(norm):
may(ii)
如前面提到的，R.Sadikovic等人的論文"Application of FACTS Devices for Damping of Power System Oscillations", proceedings of the Power Tech conference 2005,六月27-30日，St.Petersburg RU,示出了如何根據(jù)由 (12)式給出的、特征值Xk的已知靈敏度來設(shè)計(jì)易于經(jīng)由控制器H(s)閉合在選擇的輸入i和輸出j之間的控制環(huán)的SISO控制器。 △4 =《柳 (12)
選擇感興趣的另一才莫式，比如說入2,入3 ,...等等。如圖2所示，那么有 可能返回到第四步驟，以為下一個(gè)感興趣的模式重復(fù)第四至第八步驟。參 照第九步驟30,獲得對(duì)于一個(gè)^t式的所有留數(shù)的類似相位，這導(dǎo)致設(shè)計(jì)另 外的能夠使所有臨界模式穩(wěn)定的SISO控制器。
參照?qǐng)D2上的第十步驟32,針對(duì)具有主導(dǎo)模式的最佳可觀察性的k 個(gè)模式設(shè)計(jì)k個(gè)并行補(bǔ)償器?？杀辉O(shè)計(jì)的各種補(bǔ)償器在圖2上表示為3A 到3F的流程圖方塊中予以描述。制動(dòng)器3C， 3D和3F是MIMO控制器， 并且它們的輸出是部分SISO控制器的貢獻(xiàn)的疊加。
當(dāng)施加反饋控制H(s)時(shí)，初始系統(tǒng)G(s)的特征值Xi被偏移，由此由控
制器引起的此偏移與留數(shù)Ri成比例。根據(jù)希望的偏移特征值位置入ides，控
制器增益K因此可被計(jì)算，它反比于留數(shù)Ri。在圖3A到3E的符號(hào)表示 中，反饋控制器H和電力系統(tǒng)G分別通過測(cè)量的(一個(gè)或多個(gè))PMU信 號(hào)(如從G到H的箭頭示出的)和(一個(gè)或多個(gè))制動(dòng)器(如從H到G的箭 頭示出的)而互聯(lián)。
圖3A到3E示意地圖示了本發(fā)明的控制器的各種實(shí)施例。需要被穩(wěn)定 的臨界振蕩模式的數(shù)目被表示為k。
圖3A圖示了包括PMU的SISO控制器，接收單個(gè)輸入34和提供單 個(gè)輸出36到制動(dòng)器。這種布置可以使用單個(gè)PMU和單個(gè)制動(dòng)器來穩(wěn)定所 有臨界才莫式。
圖3B圖示了包括兩個(gè)或多個(gè)部分控制器的MISO(Multiple-I叩ut Single-Output,多輸入單輸出)控制器，并行接收來自若干不同的PMU的輸 入38并產(chǎn)生用于單個(gè)制動(dòng)器的單個(gè)輸出40。每個(gè)PMU通過相應(yīng)的控制器 把單個(gè)輸入提供到求和裝置42。求和裝置的單個(gè)輸出被輸入到制動(dòng)器。這 種布置阻尼k個(gè)才莫式，并且它可以應(yīng)用于多個(gè)不同的PMU測(cè)量結(jié)果是可 用時(shí)的情形。相比而言，圖3A的布置可以應(yīng)用于假設(shè)只有單個(gè)PMU要被 安裝時(shí)的情形。
圖3C圖示了包括一個(gè)提供輸入信號(hào)44給k個(gè)并行控制器的PMU的 SIMO(Single-Input Multiple-Output,單輸入多輸出)控制器，k個(gè)并行控制器 被設(shè)計(jì)成使用k個(gè)制動(dòng)器來阻尼k個(gè)臨界模式。PMU提供單個(gè)輸入，該單 個(gè)輸入通過k個(gè)控制器和k個(gè)制動(dòng)器46被反饋到電力系統(tǒng)。這種布置使k個(gè)臨界模式穩(wěn)定。
圖3D圖示了包括兩個(gè)或多個(gè)PMU、控制器和制動(dòng)器的MIMO(多輸 入多輸出)控制器；每個(gè)部分控制環(huán)48利用PMU測(cè)量結(jié)果和制動(dòng)器。在 控制器的此實(shí)施例中，不需要求和裝置或疊加裝置。這種布置阻尼k個(gè)振 蕩模式。
圖3E圖示了包括一個(gè)PMU50、 一個(gè)控制器和一個(gè)制動(dòng)器52的SISO 控制器。該P(yáng)MU提供了單個(gè)測(cè)量結(jié)果，該測(cè)量結(jié)果通過單個(gè)控制器被反 饋到制動(dòng)器。這種布置明顯地解決了單個(gè)臨界模式的穩(wěn)定。
圖3F圖示了包括一個(gè)PMU 54、 一個(gè)控制器和一個(gè)制動(dòng)器56的SISO 控制器。該P(yáng)MU提供了單個(gè)測(cè)量結(jié)果，該測(cè)量結(jié)果通過單個(gè)控制器被反 饋到制動(dòng)器。這種布置使用簡(jiǎn)單的SISO方案解決k個(gè)臨界模式的穩(wěn)定。 這在所有相應(yīng)的留數(shù)角度類似的情形下是可能的。
當(dāng)在使用時(shí)，本發(fā)明的MIMO動(dòng)態(tài)POD補(bǔ)償器的以上實(shí)施例的每個(gè) 實(shí)施例工作如下
-在遠(yuǎn)程PMU處獲得來自電力系統(tǒng)的相量數(shù)據(jù)，并且把具有多個(gè)振 蕩的初始分布功率流的信號(hào)輸入到MIMO、 SISO、 SIMO和MISO POD控 制器。
-借助于模式選擇和對(duì)于每個(gè)模式的留數(shù)最大化，提取在信號(hào)內(nèi)的每 個(gè)單個(gè)振蕩模式。隨后把每個(gè)模式輸入到單獨(dú)的SISO POD控制器。
-在SISOPOD控制器中分析振蕩的大小和類型。
-由POD阻尼單個(gè)振蕩模式，并輸出來自SISO POD控制器的信號(hào)。
-把來自每個(gè)并行SISO POD控制器的信號(hào)饋送到求和裝置或任何其 他類型的信號(hào)疊加裝置(利用加權(quán)求和等等)。
-把元素(element)最后的阻尼信號(hào)發(fā)送到制動(dòng)器。在遠(yuǎn)程PMU處 獲得來自電力系統(tǒng)的相量數(shù)據(jù)和用于阻尼多個(gè)振蕩模式的所得到的信號(hào)。
在自動(dòng)控制和信號(hào)處理中，使用奈奎斯特圖來評(píng)估具有反饋的系統(tǒng)的 穩(wěn)定性。它由曲線圖給出，在該曲線圖上畫出了頻率響應(yīng)的增益和相位。 這些相量量的圖把相位和幅度示為離原點(diǎn)的距離和角度。奈奎斯特穩(wěn)定性 準(zhǔn)則通過檢查開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖而為閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供了 簡(jiǎn)單的測(cè)試(即，相同的系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)的控制器，盡管不閉合反饋環(huán))。
圖4示出了基于所有可用信號(hào)的最佳控制解決方案的奈奎斯特圖。應(yīng) 當(dāng)指出，遠(yuǎn)程信號(hào)也被包括在最好反饋信號(hào)的選擇中。在(-l,0)的黑色點(diǎn)58表示穩(wěn)定。曲線圖的路線形成沒有包圍穩(wěn)定點(diǎn)(-l,O)的兩個(gè)清晰環(huán)，并
且曲線圖還針對(duì)所有頻率全都保持在單位圓60(點(diǎn)劃線)內(nèi)。因此，這樣的
控制系統(tǒng)將具有無限的相位/延時(shí)穩(wěn)定性余量(被示出為它與單位圓不相交)
和非常大的增益穩(wěn)定性余量(由在其與負(fù)x軸的相交點(diǎn)(即黑色點(diǎn))與點(diǎn)
(-l,O)之間的相當(dāng)大的-巨離示出的)。
圖5示出了僅基于本地信號(hào)達(dá)到的最好控制解決方案的奈奎斯特圖。 杏:6々左上aa頓夂上 厶n 乂》主h磁乂a r^！ aa 4fi六占 ^> ^b:閱aa s々4ft: 4f3 A: t ;山
控制系統(tǒng)將是穩(wěn)定的清晰環(huán)。圍繞零點(diǎn)的點(diǎn)劃線64代表單位圓。這個(gè)奈 奎斯特圖示出了 ，穩(wěn)定性余量比使用遠(yuǎn)程信號(hào)的圖4所示的控制解決方案 中的情形相當(dāng)小。因此，即使在兩種情形下可以達(dá)到相同的性能，但本地 解決方案是不太魯棒的。
圖6圖形地圖示了按照本發(fā)明的利用遠(yuǎn)程PMU反饋的MIMO POD控 制器的復(fù)頻域，因此例證了可以通過適當(dāng)選擇用于反饋控制的反饋信號(hào)來 顯著地改進(jìn)功率振蕩的阻尼。具體地，可以看出本發(fā)明的POD控制器不 僅僅使如圖1所示的第一主導(dǎo)模式66穩(wěn)定，而且也使第二主導(dǎo)模式68穩(wěn) 定。因此，通過仔細(xì)選擇反饋信號(hào)和相應(yīng)的控制器設(shè)計(jì)過程，若千主導(dǎo)振 蕩模式立刻被阻尼。
在圖7上圖形地示出了 250個(gè)選定信號(hào)的歸一化留數(shù)增益。在這樣的 圖示上，x軸代表選定信號(hào)的指數(shù)(l-250)而y軸代表歸一化留數(shù)增益。留 數(shù)的這個(gè)曲線圖-連同圖4和5的奈奎斯特圖一起-示出了，復(fù)留數(shù)的增益 越高，從控制器需要的增益越小(由奈奎斯特圖上的環(huán)越小表示)，以便達(dá) 到相同的極點(diǎn)向左偏移(阻尼改進(jìn))。因此，可以看出，使用具有高留數(shù)增 益的信號(hào)的控制解決方案是更魯棒。例如，測(cè)量具有指數(shù)210的0.85留數(shù) 單位的信號(hào)(遠(yuǎn)程PMU信號(hào))的兩個(gè)最大留數(shù)繪圖示出了 ，這個(gè)信號(hào)比起具 有指數(shù)10的信號(hào)(本地信號(hào))更適合用于反饋控制，因此，用于控制的反饋 信號(hào)的正確選擇可被看作為控制器設(shè)計(jì)過程的第一步驟。除了所有可用的 本地信號(hào)以外，多個(gè)遠(yuǎn)程信號(hào)的可用性在邏輯上擴(kuò)展了控制工程師所具有 的用來選擇反饋信號(hào)的選項(xiàng)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的MIMO控制器可以在各種各樣的監(jiān)^f見和控 制平臺(tái)上運(yùn)行。在另 一優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的MIMO控制器可以在PMU 上運(yùn)行。
在另 一優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的MIMO控制器可以在FACTS裝置上運(yùn)行，具體地是在FACTS裝置的低級(jí)電力電子控制平臺(tái)上運(yùn)行。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是明顯的本發(fā)明的MIMO控制器可以是
硬接線的或#皮實(shí)施為計(jì)算機(jī)程序。
本發(fā)明的另一實(shí)施例包括僅有一個(gè)FACTS設(shè)備的MIMO控制器。參
照以上內(nèi)容，這需要111=1，因此，RES(入k)是列向量。這意味著，與m>l
時(shí)的情形相比較，在推導(dǎo)方面具有較小的自由度。
六￡ 一 * /fe,1 士 -JO" in 4il U1玄爪17 A「TQ駛罷在IT日/2 — A^接A' "5T臺(tái)!？
的或者對(duì)于多個(gè)FACTS裝置的一個(gè)輸入/反饋信號(hào)用以阻尼幾個(gè)模式。所 有這些組合反映在3維矩陣RES(入k)的所考慮的形式和維度上；見三個(gè)指 數(shù)i、 j、 k僅限于以上推導(dǎo)的步驟(4A)期間的搜索過程中。
在可替換的實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到，不同的設(shè)計(jì)算法可 被用來設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的SISO控制器層，而不是在圖5的流程圖的第十一步驟 所涉及的部分。另外，除了上述的MIMO結(jié)果以外，本發(fā)明可^皮修改成提 供SISO或SIMO或MISO布置。
在可替換的實(shí)施例中，本發(fā)明的FACTS裝置可以可替換地由諸如 AVR或直接負(fù)荷調(diào)制器之類的快速作用裝置代替。
可替換地，上述的疊加運(yùn)算可以是最小和、最大和、或加權(quán)和等等。
參照?qǐng)D2的流程圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道，部分SISO控制器(用于 單才莫)可以經(jīng)由上述方法的可替換方法予以設(shè)計(jì)。例如，可以釆用所謂的相 量POD方法以代替超前滯后方法。顯然，主要結(jié)果保持不變。
然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將注意到，本發(fā)明不僅僅是若干單模阻尼系統(tǒng) 的組合。具體地，本發(fā)明的FACTS控制器不需要穩(wěn)態(tài)調(diào)整器。如果任何 隨機(jī)選擇的SISO阻尼裝置被并行連接以及它們的輸出不經(jīng)過如圖2所示 的最佳化/信號(hào)選擇過程就進(jìn)行求和，則不會(huì)有本發(fā)明的MIMO阻尼裝置， 這是因?yàn)槊總€(gè)SISO設(shè)備不具有主到模式的最佳可觀察性。
權(quán)利要求
1.一種用于阻尼電力系統(tǒng)中的多個(gè)電磁振蕩的方法，包括從至少一個(gè)電力系統(tǒng)位置獲得相量數(shù)據(jù)信號(hào)，分析(16)每個(gè)振蕩模式，從所述信號(hào)內(nèi)提取(20)每個(gè)振蕩模式，根據(jù)所述分析，阻尼每個(gè)振蕩模式，把從所阻尼的振蕩模式得出的控制信號(hào)施加到所述電力系統(tǒng)中的功率流控制裝置，其特征在于，提取振蕩模式的所述步驟還包括模式選擇和模式留數(shù)最大化(26)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法還包括 疊加兩個(gè)或多個(gè)阻尼的振蕩模式，以獲得疊加信號(hào)，以及 把從所述疊加信號(hào)得出的控制信號(hào)施加到所述電力系統(tǒng)中的功率流 控制裝置。
3. 按照權(quán)利要求1和2所述的方法，其中模式選擇的所述步驟還包括 獲得才莫態(tài)可控制性(22)和才莫態(tài)可觀察性(24)。
4. 按照權(quán)利要求1到3任一項(xiàng)所述的方法，其中每個(gè)模式留數(shù)代表模 態(tài)可控制性和模態(tài)可觀察性的乘積。
5. —種用于阻尼電力系統(tǒng)(G)中的多個(gè)電磁振蕩的控制器，所述控制 器包括至少一個(gè)相量測(cè)量單元(PMU)，所述相量測(cè)量單元(PMU)獲得包括振 蕩模式信號(hào)的相量數(shù)據(jù)信號(hào)，至少 一個(gè)功率振蕩阻尼器(POD)控制器，用于接收和阻尼每個(gè)振蕩模 式信號(hào)，疊加裝置，用于接收和求和所述阻尼的信號(hào)并且得出控制信號(hào)， 反饋控制器(H)，把所述控制信號(hào)反饋給所述電力系統(tǒng)(G)中的功率流 控制裝置，其特征在于，所述控制器還包括模式選擇裝置和留數(shù)最大化裝置，用于在相量數(shù)據(jù)信號(hào)內(nèi)提取每個(gè)振 蕩才莫式。
6. 按照權(quán)利要求5所述的控制器，其中至少一個(gè)功率振蕩阻尼器控制 器可以是MIMO功率振蕩阻尼器控制器、SISO功率振蕩阻尼器控制器、SIMO功率振蕩阻尼器控制器或MISO功率振蕩阻尼器控制器。
7. 按照權(quán)利要求6所述的控制器，其中所述控制器在各種各樣的監(jiān)視 和控制平臺(tái)上操作。
8. 按照權(quán)利要求6所述的控制器，其中所述控制器在相量測(cè)量單元上操作。
9. 按照權(quán)利要求6所述的控制器，其中所述控制器在功率流控制裝置 上操作。
10. —種用于阻尼電力系統(tǒng)中的多個(gè)電磁振蕩的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì) 算機(jī)程序可被裝載到數(shù)字計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器并且包括計(jì)算機(jī)程序代碼 裝置，所述程序代碼裝置在所述程序被裝載在所述內(nèi)部存儲(chǔ)器時(shí)使所述計(jì) 算機(jī)執(zhí)行按照權(quán)利要求5的所述控制器的所述功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及互聯(lián)多個(gè)發(fā)電機(jī)與消費(fèi)者的電力系統(tǒng)中阻尼多模電磁振蕩。描述了具有相量測(cè)量單元(PMU)和功率振蕩阻尼器(POD)控制器的、用于阻尼這樣的振蕩的控制器。每個(gè)振蕩模式信號(hào)被阻尼，然后被疊加，以便得出控制信號(hào)。反饋控制器被用來把控制信號(hào)反饋到電力系統(tǒng)中的功率流控制設(shè)備。
文檔編號(hào)H02J3/24GK101647173SQ200880010338
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者M·拉森, P·科巴 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司