本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及一種SVC附加阻尼控制器參數(shù)整定方法。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)低頻振蕩通常表現(xiàn)為由于系統(tǒng)阻尼較小而導(dǎo)致的輸電線路上的功率振蕩，振蕩頻率在0.1-2Hz之間。低頻振蕩危害電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須采取措施增大系統(tǒng)阻尼。靜止無功補(bǔ)償器(SVC)是重要的無功補(bǔ)償裝置，通過加裝附加阻尼控制器可以提升系統(tǒng)阻尼，有效抑制區(qū)域間的低頻振蕩。

SVC的附加阻尼控制器是一種超前-滯后相位補(bǔ)償器。通過合理的參數(shù)整定，可使加入附加阻尼控制器后形成的閉環(huán)系統(tǒng)的主導(dǎo)極點(diǎn)滿足系統(tǒng)性能要求。附加阻尼控制器參數(shù)整定的關(guān)鍵是求取其補(bǔ)償相位和增益。為了準(zhǔn)確求取補(bǔ)償相位及增益，需要在開環(huán)的情況下計(jì)算附加阻尼控制器輸出信號(hào)注入點(diǎn)到其輸入信號(hào)之間的傳遞函數(shù)。由于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)模巨大，難以采用解析法求解該開環(huán)傳遞函數(shù)。

常勇、徐政在標(biāo)題為《SVC廣域輔助控制阻尼區(qū)域間低頻振蕩》(電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2006，第21卷，40-46)的文獻(xiàn)中提出采用測試信號(hào)法求取開環(huán)傳遞函數(shù)并以此整定附加阻尼控制器參數(shù)的方法。該方法中，小信號(hào)激勵(lì)點(diǎn)選為附加阻尼控制器輸出信號(hào)注入點(diǎn)，通過測試信號(hào)法可直接獲得開環(huán)傳遞函數(shù)。但是，一些電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真軟件中的SVC模型并沒有可添加小信號(hào)激勵(lì)的接口，無法直接應(yīng)用上述文獻(xiàn)中的方法。在測試SVC效果時(shí)，經(jīng)常需要修改SVC模型的參數(shù)。此時(shí)，為了獲取新的附加阻尼控制器參數(shù)，需要重新進(jìn)行測試信號(hào)法的仿真與計(jì)算。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種SVC附加阻尼控制器參數(shù)整定方法，該方法不需要SVC模型提供添加小信號(hào)激勵(lì)的接口，使用范圍更廣。而且，在SVC模型參數(shù)改變的時(shí)候，該方法無需重新進(jìn)行測試信號(hào)法計(jì)算，可以更加簡便地獲取附加阻尼控制器參數(shù)。

具體地說，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟：

替代步驟：用電納可變的電容器模型替代SVC，并求取該電容器模型到附加阻尼控制器輸入量和母線電壓的傳遞函數(shù)；

校正步驟：對求取的電納可變的電容器模型到附加阻尼控制器輸入量的傳遞函數(shù)的主導(dǎo)極點(diǎn)進(jìn)行校正；

整定步驟：基于重新用SVC替代電納可變的電容器模型后附加阻尼控制器輸出量到輸入量的開環(huán)傳遞函數(shù)在校正后的電納可變的電容器模型到附加阻尼控制器輸入量的傳遞函數(shù)的主導(dǎo)極點(diǎn)處的相角和幅值整定附加阻尼控制器參數(shù)。

更進(jìn)一步而言，所述替代步驟具體包括：

1)設(shè)SVC所在母線為母線A；在電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)中的母線A上，加入電納可變的電容器模型，設(shè)該電容器模型的電納為B_x，并去除原有的SVC；B_x的初始值等于原有SVC輸出電納的初始值；

2)設(shè)附加阻尼控制器輸入量為P、輸出量為Y、傳遞函數(shù)為H(s)，母線A的電壓為V；選取B_x為激勵(lì)點(diǎn)，利用測試信號(hào)法求取B_x到P的傳遞函數(shù)G_P/B(s)以及B_X到V的傳遞函數(shù)G_V/B(s)；

利用測試信號(hào)法求取B_x到P的傳遞函數(shù)G_P/B(s)以及B_X到V的傳遞函數(shù)G_V/B(s)的步驟具體如下：

2-1)在B_x上施加一系列正弦小擾動(dòng)，小擾動(dòng)的頻率在0.1Hz到2Hz之間等間隔地選取，頻率間隔為f₀。設(shè)B_x的變化量為ΔB_x，則ΔB_x滿足：

其中，ω₀＝2πf₀，k₁f₀＝0.1Hz，k_Nf₀＝2Hz，k為[k₁,k_N]區(qū)間內(nèi)的整數(shù)。b_k和是頻率為k f₀的正弦小信號(hào)的幅值和相位；

2-2)對系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)仿真，獲取附加阻尼控制器輸入量的變化量ΔP以及母線A的電壓變化量ΔV；

2-3)對ΔB_x、ΔP以及ΔV進(jìn)行傅里葉分解得到不同頻率下的相量以及求出傳遞函數(shù)頻率特性序列：

2-4)采用數(shù)據(jù)擬合辨識(shí)出傳遞函數(shù)G_P/B(s)以及G_V/B(s)。

更進(jìn)一步而言，所述校正步驟具體包括：

3)設(shè)傳遞函數(shù)G_P/B(s)的主導(dǎo)極點(diǎn)為s_d1，根據(jù)s_d1獲取系統(tǒng)低頻振蕩頻率和阻尼比，并根據(jù)系統(tǒng)期望達(dá)到的阻尼比，確定校正后的主導(dǎo)極點(diǎn)，記該校正后的主導(dǎo)極點(diǎn)為s_d；

更進(jìn)一步而言，所述整定步驟具體包括：

4)去除步驟1)中加入的電納可變的電容器模型，重新加入SVC；設(shè)SVC輸出的電納為B；在附加阻尼控制器斷開的情況下，根據(jù)SVC模型和傳遞函數(shù)G_V/B(s)推導(dǎo)出Y到B的傳遞函數(shù)G_B/Y(s)；

5)求取Y到P的開環(huán)傳遞函數(shù)G_P/Y(s)，G_P/Y(s)的表達(dá)式為：G_P/Y(s)＝G_B/Y(s)G_P/B(s)，并求取G_P/Y(s)在s_d處的值G_P/Y(s_d)；

6)基于G_P/Y(s_d)的相角和幅值，計(jì)算H(s)在s_d處的相角和幅值，并根據(jù)自動(dòng)控制原理中的根軌跡法整定附加阻尼控制器參數(shù)。

進(jìn)一步而言，上述計(jì)算中，H(s)在sd處的相角和幅值分別為：

附加阻尼控制器傳遞函數(shù)具體形式為：

根據(jù)arg(H(s_d))和|H(s_d)|，利用根軌跡法對附加阻尼控制器參數(shù)進(jìn)行整定，整定的參數(shù)包括：放大系數(shù)K_H，隔直環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)T_W以及超前滯后環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)T_H1、T_H2。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：

(1)測試信號(hào)法的小信號(hào)激勵(lì)點(diǎn)選為外加電容器的電納，無需SVC模型提供添加小信號(hào)激勵(lì)的接口。

(2)本發(fā)明方法利用測試信號(hào)法求出與大電網(wǎng)數(shù)據(jù)相關(guān)而與SVC模型無關(guān)的傳遞函數(shù)，然后根據(jù)SVC模型推導(dǎo)出附加阻尼控制器輸出信號(hào)注入點(diǎn)到其輸入信號(hào)的開環(huán)傳遞函數(shù)。當(dāng)SVC模型參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，無需再使用測試信號(hào)法，可直接計(jì)算開環(huán)傳遞函數(shù)，減少了工作量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖。

圖2是實(shí)施例1和實(shí)施例2的SVC控制系統(tǒng)框圖。

圖3是四機(jī)兩區(qū)域測試系統(tǒng)示意圖。

圖4是加入附加阻尼控制器前發(fā)電機(jī)G1和G3功角差的仿真曲線圖。

圖5是加入附加阻尼控制器后發(fā)電機(jī)G1和G3功角差的仿真曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例提出了一種SVC附加阻尼控制器參數(shù)整定方法，其實(shí)施過程包括：用電納可變的電容器模型替代SVC并求取該電容器模型到附加阻尼控制器輸入量和母線電壓的傳遞函數(shù)的步驟；對求取的電納可變的電容器模型到附加阻尼控制器輸入量的傳遞函數(shù)的主導(dǎo)極點(diǎn)進(jìn)行校正的步驟；基于重新用SVC替代電納可變的電容器模型后附加阻尼控制器輸出量到輸入量的開環(huán)傳遞函數(shù)在校正后的電納可變的電容器模型到附加阻尼控制器輸入量的傳遞函數(shù)的主導(dǎo)極點(diǎn)處的相角和幅值整定附加阻尼控制器參數(shù)的步驟。其具體過程如圖1所示：

圖1步驟1描述的是，設(shè)SVC所在母線為母線A；在電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)中的母線A上，加入電納可變的電容器模型，設(shè)該電容器模型的電納為B_x，并去除原有的SVC。B_x的初始值等于原有SVC輸出電納的初始值。

圖1步驟2描述的是，設(shè)附加阻尼控制器輸入量為P、輸出量為Y、傳遞函數(shù)為H(s)，母線A的電壓為V；選取B_x為激勵(lì)點(diǎn)，利用測試信號(hào)法求取B_x到P的傳遞函數(shù)G_P/B(s)以及B_X到V的傳遞函數(shù)G_V/B(s)。

利用測試信號(hào)法求取傳遞函數(shù)G_P/B(s)和G_V/B(s)的步驟為：

2-1)在B_x上施加一系列正弦小擾動(dòng)，小擾動(dòng)的頻率在0.1Hz到2Hz之間等間隔地選取，頻率間隔為f₀。設(shè)B_x的變化量為ΔB_x，則ΔB_x滿足：

其中，ω₀＝2πf₀，k₁f₀＝0.1Hz，k_Nf₀＝2Hz，k為[k₁,k_N]區(qū)間內(nèi)的整數(shù)。b_k和是頻率為k f₀的正弦小信號(hào)的幅值和相位；

2-2)對系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)仿真，獲取附加阻尼控制器輸入量的變化量ΔP以及母線A的電壓變化量ΔV；

2-3)對ΔB_x、ΔP以及ΔV進(jìn)行傅里葉分解得到不同頻率下的相量以及求出傳遞函數(shù)頻率特性序列：

2-4)采用數(shù)據(jù)擬合辨識(shí)出傳遞函數(shù)G_P/B(s)以及G_V/B(s)。

由于測試法中小信號(hào)激勵(lì)點(diǎn)選為外加電容器的電納，因此本實(shí)施例無需SVC模型提供添加小信號(hào)激勵(lì)的接口。

圖1步驟3描述的是，設(shè)傳遞函數(shù)G_P/B(s)的主導(dǎo)極點(diǎn)為s_d1，根據(jù)s_d1獲取系統(tǒng)低頻振蕩頻率和阻尼比，并根據(jù)系統(tǒng)期望達(dá)到的阻尼比，確定校正后的主導(dǎo)極點(diǎn)，記該校正后的主導(dǎo)極點(diǎn)為s_d。

圖1步驟4描述的是，去除步驟1)中加入的電納可變的電容器模型，重新加入SVC；設(shè)SVC輸出的電納為B；在附加阻尼控制器斷開的情況下，根據(jù)SVC模型和傳遞函數(shù)G_V/B(s)推導(dǎo)出Y到B的傳遞函數(shù)G_B/Y(s)。

本實(shí)施例的SVC的控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。V_ref是交流電壓參考值，SVC電壓調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為G_v(s)。電壓調(diào)節(jié)器的輸入是電壓差值，輸出為SVC電納參考值B_ref。在本實(shí)施例中，SVC采用比例控制，比例系數(shù)為K_v，即G_v(s)＝K_v。G_Tv(s)和G_Tb(s)均為慣性環(huán)節(jié)且參數(shù)已知。

在附加阻尼控制器斷開的情況下，由圖2可以推導(dǎo)出：

圖1步驟5描述的是，求取Y到P的開環(huán)傳遞函數(shù)G_P/Y(s)，G_P/Y(s)的表達(dá)式為：

求取G_P/Y(s)在s_d處的值G_P/Y(s_d)：

由于利用測試信號(hào)法求出的是與大電網(wǎng)數(shù)據(jù)相關(guān)而與SVC模型無關(guān)的傳遞函數(shù)，然后根據(jù)SVC模型推導(dǎo)出附加阻尼控制器輸出信號(hào)注入點(diǎn)到其輸入信號(hào)的開環(huán)傳遞函數(shù)，因此當(dāng)SVC電壓調(diào)節(jié)器參數(shù)K_v發(fā)生改變，可以直接由G_P/Y(s)的表達(dá)式獲得新的開環(huán)傳遞函數(shù)，無需重新進(jìn)行測試信號(hào)法計(jì)算。

圖1步驟6描述的是，基于G_P/Y(s_d)的相角和幅值，計(jì)算H(s)在s_d處的相角和幅值，并根據(jù)自動(dòng)控制原理中的根軌跡法整定附加阻尼控制器參數(shù)。

具體而言，H(s)在sd處的相角和幅值分別為：

附加阻尼控制器傳遞函數(shù)具體形式為：

根據(jù)arg(H(s_d))和|H(s_d)|，利用根軌跡法對附加阻尼控制器參數(shù)進(jìn)行整定，整定的參數(shù)包括：放大系數(shù)K_H，隔直環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)T_W以及超前滯后環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)T_H1、T_H2。

實(shí)施例2：

圖3為四機(jī)兩區(qū)域測試系統(tǒng)示意圖。母線8為SVC安裝點(diǎn)，SVC容量為200Mvar。

去除SVC，在母線8上加入電納可變的電容器模型。設(shè)附加阻尼控制器輸入量為母線8和母線9之間單條聯(lián)絡(luò)線上的有功功率。利用測試信號(hào)法可以求出：

由此獲取系統(tǒng)的主導(dǎo)極點(diǎn)為S_d1＝-0.024+3.13i，系統(tǒng)振蕩頻率為0.5Hz，阻尼比為0.77％。將校正后的主導(dǎo)極點(diǎn)選為S_d＝-0.25+3.3i。

去除電納可變的電容器模型，在母線8加入SVC。SVC的控制系統(tǒng)采用如圖2所示形式。G_v(s)＝K_v＝20，G_Tv(s)和G_Tb(s)的慣性時(shí)間常數(shù)分別為0.02s和0.03s。在附加阻尼控制器斷開的情況下，根據(jù)SVC模型和傳遞函數(shù)G_V/B(s)推導(dǎo)出傳遞函數(shù)G_B/Y(s)的表達(dá)式：

求出開環(huán)傳遞函數(shù)G_P/Y(s)的表達(dá)式：

求取G_P/Y(s)在s_d處的值G_P/Y(s_d)為2.31-4.35i。

利用根軌跡法對附加阻尼控制器參數(shù)進(jìn)行整定。H(s)在s_d處的相角和幅值分別為：

求出附加阻尼控制器參數(shù)分別為：

放大系數(shù)K_H＝0.07，隔直環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)T_W＝10s，超前滯后環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)T_H1＝0.53s、T_H2＝0.19s。

仿真母線11處發(fā)生三相接地故障，故障持續(xù)0.1s。圖4和圖5分別為加入附加阻尼控制器前后發(fā)電機(jī)G1和發(fā)電機(jī)G3功角差的仿真曲線。加入附加阻尼控制器后，系統(tǒng)阻尼提升至7.2％。按照本發(fā)明參數(shù)整定方法設(shè)計(jì)的附加阻尼控制器可以有效提升系統(tǒng)阻尼，增強(qiáng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但實(shí)施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。