一種基于故障恢復(fù)信號的vsc-hvdc附加阻尼控制方法
【專利摘要】一種基于故障恢復(fù)信號的VSC-HVDC附加阻尼控制方法，其特點是：在交直流混聯(lián)系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)運行在額定功率狀態(tài)下，交流系統(tǒng)受大擾動引起低頻振蕩，此時，由于附加阻尼控制器的作用，直流功率將跟隨交流功率的振蕩產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)制，將導(dǎo)致直流功率出現(xiàn)過負荷現(xiàn)象，為防止過負荷現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高安全穩(wěn)定性，提出了基于故障恢復(fù)信號的附加阻尼控制，依據(jù)系統(tǒng)的特征根，在直流功率調(diào)制前期引入故障恢復(fù)信號，使直流功率驟降后，緩慢爬升恢復(fù)原始狀態(tài)，同時增加了附加阻尼控制對直流功率的調(diào)制裕度，提升交流系統(tǒng)阻尼，有效抑制交流系統(tǒng)的低頻振蕩，提高了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行能力，具有方法科學(xué)合理，控制效果好，實用價值高等優(yōu)點。
【專利說明】 —種基于故障恢復(fù)信號的VSC-HVDC附加阻尼控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全運行控制領(lǐng)域，是一種基于故障恢復(fù)信號的VSC-HVDC附加阻尼控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]我國電力系統(tǒng)隨著大區(qū)聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，低頻振蕩現(xiàn)象逐年增多，其嚴重性甚至超過了暫態(tài)穩(wěn)定性，成為系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的主要障礙。世界電力工業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗已經(jīng)表明:隨著電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，大區(qū)間聯(lián)網(wǎng)，以及高增益勵磁調(diào)節(jié)器的廣泛采用，使得危及全網(wǎng)安全的低頻振蕩現(xiàn)象將呈現(xiàn)多發(fā)趨勢。低頻振蕩與系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性密切相關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間相對搖擺，輸電線上功率持續(xù)振蕩，極易引發(fā)大面積停電事故，極大地威脅系統(tǒng)的安全運行。
[0003]與靜止無功補償器、靜止同步補償器以及統(tǒng)一潮流控制器等柔性交流輸電系統(tǒng)裝置類似，在交直流混連系統(tǒng)中，利用基于電壓源換流器的高壓直流輸電技術(shù)的附加阻尼控制，在輸電環(huán)節(jié)能夠增加系統(tǒng)振蕩阻尼，有效抑制系統(tǒng)低頻振蕩，提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定性。本領(lǐng)域習(xí)慣稱為:靜止無功補償器為SVC，靜止同步補償器為STATC0M，統(tǒng)一潮流控制器為UPFC，柔性交流輸電系統(tǒng)為FACTS，電壓源換流器的高壓直流輸電技術(shù)為VSC-HVDC。
[0004]目前VSC-HVDC附加阻尼控制器的設(shè)計得到了大量研究。其主要結(jié)構(gòu)為單輸入單輸出形式，而且輸入信號有交流線路有功功率、換流站所連母線頻率、直流兩端交流母線電壓相角差等多種形式。針對附加阻尼控制器的設(shè)計，利用直流功率與系統(tǒng)低頻振蕩參考信號構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)辨識得到開環(huán)傳遞函數(shù)，再根據(jù)極點配置法或相位增益裕度法設(shè)計附加阻尼控制器，但為防止換流站出現(xiàn)過負荷現(xiàn)象，需加入限幅環(huán)節(jié)。然而當直流線路運行在額定狀態(tài)下，由于限幅環(huán)節(jié)的作用，導(dǎo)致系統(tǒng)受到大的擾動后，附加阻尼控制器的控制能力受到限制，難以達到預(yù)期的調(diào)制效果，對系統(tǒng)改善阻尼的效果變差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于故障恢復(fù)信號的VSC-HVDC附加阻尼控制方法，它是在直流有功功率設(shè)定值Psrt和附加阻尼信號Pnwd的基礎(chǔ)上，引入一個故障恢復(fù)信號Paux,使得VSC-HVDC在額定運行狀態(tài)時，減少直流功率出現(xiàn)越限情況，同時使附加阻尼控制依然可以起到良好的控制作用，通過引入故障恢復(fù)信號，為Pnwd提供相對充足的調(diào)制裕度，增強系統(tǒng)阻尼，提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行能力。
[0006]本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種基于故障恢復(fù)信號的VSC-HVDC附加阻尼控制方法，其特征在于，它包括以下步驟:
[0008]I)選取交流線路上的有功功率Pa。為控制器的輸入信號，根據(jù)直流功率與交流有功功率構(gòu)成閉環(huán)傳遞函數(shù)，對直流有功功率輸入指定信號，通過對交流線路上的有功功率Pac的時域響應(yīng)數(shù)據(jù)進行prony時域辨識，獲取開環(huán)傳遞函數(shù)G (s)，設(shè)定閉環(huán)系統(tǒng)的主導(dǎo)特征根，再根據(jù)極點配置法對附加阻尼控制器進行設(shè)計和參數(shù)整定，即得到附加阻尼控制信號 Pmod ；
[0009]2)在交流系統(tǒng)中施加擾動，使系統(tǒng)出現(xiàn)低頻振蕩現(xiàn)象，通過步驟I)所設(shè)計的VSC-HVDC附加阻尼控制器，直流功率將隨交流有功功率產(chǎn)生相應(yīng)的功率波動，進而得到直流功率的調(diào)制波形，對其進行prony時域辨識，得出實際的主導(dǎo)特征根，計算振蕩頻率和阻尼比；
[0010]3)在VSC-HVDC附加阻尼控制器輸出端并入故障恢復(fù)信號,構(gòu)成基于故障恢復(fù)信號的VSC-HVDC附加阻尼控制器，產(chǎn)生故障恢復(fù)信號Paux的輔助控制器由故障檢測環(huán)節(jié)、故障恢復(fù)信號發(fā)生環(huán)節(jié)、輸出信號選擇器三部分構(gòu)成，故障檢測環(huán)節(jié)用于檢測系統(tǒng)受到大的擾動時，發(fā)出使能信號給另兩個環(huán)節(jié)，使發(fā)生環(huán)節(jié)產(chǎn)生階躍信號，使輸出信號選擇器動作，檢測信號可選取是直流功率的變化率或所連交流母線電壓等大擾動的標志性信號；故障恢復(fù)信號發(fā)生環(huán)節(jié)用于直流功率驟降后的功率恢復(fù)，產(chǎn)生的故障恢復(fù)信號Paux為階躍響應(yīng)，響應(yīng)呈指數(shù)規(guī)律衰減，衰減速率取決于慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)；輸出信號選擇器是針對系統(tǒng)發(fā)生大的擾動時，根據(jù)檢測環(huán)節(jié)的使能信號，將輔助控制器投入運行狀態(tài)，發(fā)出故障恢復(fù)信號;
[0011]4)計及系統(tǒng)阻尼作用，采用小干擾法分析簡單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，得出系統(tǒng)的特征值為A12=0±j ω，進而直流有功功率的波動量APd。隨時間變化規(guī)律可用公式⑴表示，
[0012]APdc = K' eotsin(cot+9) (I)
[0013]式中，K'為有功功率波動量的比例系數(shù)；σ為衰減常數(shù)；ω為低頻振蕩頻率；Θ為初相位，選取衰減振蕩的包絡(luò)線作為故障恢復(fù)信號，但比例系數(shù)需做調(diào)整，故Paux= -Ke°t，若σ —定，此時還需要確定故障恢復(fù)信號的比例系數(shù)K，才能構(gòu)造出故障恢復(fù)信號，
[0014]基于故障恢復(fù)信號的附加阻尼控制在一定程度上提高了功率調(diào)制的裕度，但由于直流功率的波動將導(dǎo)致直流線路上的電壓發(fā)生波動，故不能無限制的調(diào)制直流功率，因此，關(guān)于比例系數(shù)K整定的約束條件是，以衰減振蕩第一周期的峰谷差為限制目標，以額定直流功率的2*20%為限制范圍，在一個周期內(nèi)，對式(I)求一階導(dǎo)數(shù)，得到兩個極值點t1、t2，如式⑵，
[0015]

【權(quán)利要求】
1.一種基于故障恢復(fù)信號的VSC-HVDC附加阻尼控制方法，其特征在于，它包括以下步驟: 1)選取交流線路上的有功功率pa。為控制器的輸入信號，根據(jù)直流功率與交流有功功率構(gòu)成閉環(huán)傳遞函數(shù)，對直流有功功率輸入指定信號，通過對交流線路上的有功功率pa。的時域響應(yīng)數(shù)據(jù)進行prony時域辨識，獲取開環(huán)傳遞函數(shù)G(S)，設(shè)定閉環(huán)系統(tǒng)的主導(dǎo)特征根，再根據(jù)極點配置法對附加阻尼控制器進行設(shè)計和參數(shù)整定，即得到附加阻尼控制信號Pmod ? 2)在交流系統(tǒng)中施加擾動，使系統(tǒng)出現(xiàn)低頻振蕩現(xiàn)象，通過步驟I)所設(shè)計的VSC-HVDC附加阻尼控制器，直流功率將隨交流有功功率產(chǎn)生相應(yīng)的功率波動，進而得到直流功率的調(diào)制波形，對其進行prony時域辨識，得出實際的主導(dǎo)特征根，計算振蕩頻率和阻尼比； 3)在VSC-HVDC附加阻尼控制器輸出端并入故障恢復(fù)信號，構(gòu)成基于故障恢復(fù)信號的VSC-HVDC附加阻尼控制器，產(chǎn)生故障恢復(fù)信號Paux的輔助控制器由故障檢測環(huán)節(jié)、故障恢復(fù)信號發(fā)生環(huán)節(jié)、輸出信號選擇器三部分構(gòu)成，故障檢測環(huán)節(jié)用于檢測系統(tǒng)受到大的擾動時，發(fā)出使能信號給另兩個環(huán)節(jié)，使發(fā)生環(huán)節(jié)產(chǎn)生階躍信號，使輸出信號選擇器動作，檢測信號可選取是直流功率的變化率或所連交流母線電壓等大擾動的標志性信號；故障恢復(fù)信號發(fā)生環(huán)節(jié)用于直流功率驟降后的功率恢復(fù)，產(chǎn)生的故障恢復(fù)信號Paux為階躍響應(yīng)，響應(yīng)呈指數(shù)規(guī)律衰減，衰減速率取決于慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)；輸出信號選擇器是針對系統(tǒng)發(fā)生大的擾動時，根據(jù)檢測環(huán)節(jié)的使能信號，將輔助控制器投入運行狀態(tài)，發(fā)出故障恢復(fù)信號； 4)計及系統(tǒng)阻尼作用，采用小干擾法分析簡單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，得出系統(tǒng)的特征值為λ12 = σ 土jco，進而直流有功功率的波動量ΛPd。隨時間變化規(guī)律可用公式(I)表示， APdc = K' eotsin(cot+0) (I) 式中，K'為有功功率波動量的比例系數(shù)；σ為衰減常數(shù)；ω為低頻振蕩頻率；Θ為初相位，選取衰減振蕩的包絡(luò)線作為故障恢復(fù)信號，但比例系數(shù)需做調(diào)整，故Paux = -KZt，若σ 一定，此時還需要確定故障恢復(fù)信號的比例系數(shù)K，才能構(gòu)造出故障恢復(fù)信號， 基于故障恢復(fù)信號的附加阻尼控制在一定程度上提高了功率調(diào)制的裕度，但由于直流功率的波動將導(dǎo)致直流線路上的電壓發(fā)生波動，故不能無限制的調(diào)制直流功率，因此，關(guān)于比例系數(shù)K整定的約束條件是，以衰減振蕩第一周期的峰谷差為限制目標，以額定直流功率的2*20%為限制范圍，在一個周期內(nèi)，對式(I)求一階導(dǎo)數(shù)，得到兩個極值點tpt2，如式⑵，
計算出APtJt1)和APdc;(t2)，進而得到峰谷差Λ，如式(3)，
Δ = I Λ Pdc U1)-APdc (t2) I ^ 0.4Pn (3) 式中，Pn為直流功率的額定值，由此求出參數(shù)K的最大值Kmax，即參數(shù)K的選擇應(yīng)滿足式⑷，
綜上得出經(jīng)過附加阻尼控制調(diào)制產(chǎn)生的直流功率時域表達式Pm，如式(5)，Pref = Pset+PfflOd+Paux = 1.0+r eotsin(?t+ 0) + (-Keot) (5)； 5)對于輔助控制器所發(fā)出的故障恢復(fù)信號的投入時機，當VSC-HVDC處在額定運行狀態(tài)下，系統(tǒng)發(fā)生小擾動時，直流的調(diào)制功率將不會導(dǎo)致嚴重過負荷現(xiàn)象出現(xiàn)，由于故障檢測環(huán)節(jié)的作用，不發(fā)出使能信號，即僅有附加阻尼控制投入運行，而系統(tǒng)發(fā)生大擾動后，由于附加阻尼控制的作用，直流功率發(fā)生相應(yīng)的波動，為防止出現(xiàn)過負荷現(xiàn)象，加入輔助控制器所發(fā)出的故障恢復(fù)信號，給予附加阻尼控制器以充分的調(diào)制裕度，同時給予直流功率恢復(fù)時間，減小其功率驟升驟降帶來的影響，即附加阻尼控制器與輔助控制器共同投入運行，隨著振蕩的逐漸減小，故障 恢復(fù)信號隨之衰減，直至系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，輔助控制器退出運行。
【文檔編號】H02J3/36GK104078993SQ201410264943
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】王振浩, 李洋, 李國慶, 王朝斌, 劉博文, 朱景明 申請人:東北電力大學(xué), 國網(wǎng)吉林省電力有限公司檢修公司, 國家電網(wǎng)公司