一種基于凸多面體理論的hvdc系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種控制方法，具體設(shè)及一種基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分 散協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國大容量長距離送電工程的不斷增加，作為跨大區(qū)功率輸送穩(wěn)定性重要影 響因素之一的動態(tài)穩(wěn)定問題日益凸顯?，F(xiàn)有的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器任S巧的反饋控制環(huán)節(jié)通常 由本地測量構(gòu)成，加之PSS常采用分散設(shè)計，缺乏相互協(xié)調(diào)，無法很好地對區(qū)域間振蕩模態(tài) 進行抑制。
[0003] 由于高壓直流輸電技術(shù)的經(jīng)濟性及其特有的快速響應(yīng)特性，直流輸電技術(shù)可作為 大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)阻巧低頻振蕩、提高交直流混聯(lián)系統(tǒng)功率傳輸能力及提高其所連接交流系統(tǒng) 暫態(tài)穩(wěn)定性的動態(tài)調(diào)節(jié)手段。在交直流并聯(lián)系統(tǒng)中，利用直流附加控制可W對互聯(lián)系統(tǒng)間 的低頻振蕩進行抑制。另一方面，高壓直流輸電工程的推進要求控制技術(shù)能靈活可靠地改 善潮流分布、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸電能力。近年來，由于其快速可靠的響應(yīng)調(diào)節(jié)特性，柔性 交流輸電（FACT巧裝置可W很好地滿足交直流電網(wǎng)的控制要求。
[0004] 由于直流附加控制和FACTS裝置的引入，各種設(shè)備間可能存在一定的負交互影 響，會導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性的降低。為此，國內(nèi)外學(xué)者結(jié)合不同的控制理論方法，研究PSS、FACTS 裝置及直流附加控制器間的協(xié)調(diào)控制，取得了豐碩的研究成果。
[0005] 文獻[1]基于Lyapunov穩(wěn)定方法對多機系統(tǒng)中的PSS及FACTS進行協(xié)調(diào)控制；文 獻[2]采用滑?？刂品椒▽崿F(xiàn)具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)切換的FACTS協(xié)調(diào)控制；利用微分幾何方法； 文獻[3]通過對系統(tǒng)實現(xiàn)精確線性化設(shè)計FACTS協(xié)調(diào)控制器；文獻[4]基于射影控制進行 直流輸電及靜態(tài)無功補償器（SVC)的協(xié)調(diào)控制；在交直流系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定協(xié)調(diào)控制方面， 文獻[引基于Prony算法研究了PSS和直流附加控制器間的協(xié)調(diào)控制。
[0006] 然而，從文獻來看，研究成果大多選取某一特定平衡點對系統(tǒng)進行線性化，對所得 到的線性系統(tǒng)進行分析及協(xié)調(diào)控制器設(shè)計。該樣得到的控制器僅對該平衡點有效，在其他 運行條件下無法滿足運行需求，即系統(tǒng)的魯椿性無法保證。因此有必要研究能同時滿足系 統(tǒng)多個運行工況的協(xié)調(diào)控制策略。
[0007] 參考文獻
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng) 廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，基于廣域測量系統(tǒng)（WAM巧獲取實時動態(tài)信息，采用閉環(huán)動態(tài)線性 輸出反饋控制系統(tǒng)，并基于凸多面體理論提出適用于多種工況的分散協(xié)調(diào)控制方法，該方 法可表述為線性矩陣不等式（LMI)形式，可方便的通過Matl油中的LMI求解工具包進行求 解。
[0014] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0015] 本發(fā)明提供一種基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，所述方 法包括W下步驟：
[0016] 建立HVDC系統(tǒng)模型，并對其進行線性化處理；
[0017] 采用廣域分散協(xié)調(diào)控制器對HVDC系統(tǒng)模型進行控制；
[0018] 確定閉環(huán)動態(tài)線性輸出反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行滿足條件；
[0019] 基于凸多面體理論設(shè)計廣域分散協(xié)調(diào)控制器。
[0020] 所述HVDC系統(tǒng)模型為非線性系統(tǒng)模型，其包括帶有勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機、直流附 加控制器和SVC。
[0021] 帶有勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機采用如下模型：
[0022]
【主權(quán)項】
1. 一種基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于：所述方法 包括以下步驟： 建立HVDC系統(tǒng)模型，并對其進行線性化處理； 采用廣域分散協(xié)調(diào)控制器對HVDC系統(tǒng)模型進行控制； 確定閉環(huán)動態(tài)線性輸出反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行滿足條件； 基于凸多面體理論設(shè)計廣域分散協(xié)調(diào)控制器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，其特 征在于：所述HVDC系統(tǒng)模型為非線性系統(tǒng)模型，其包括帶有勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機、直流附 加控制器和SVC。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，其特 征在于：帶有勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機采用如下模型：
(1) 其中，S(t)為轉(zhuǎn)子角，《 (t)為角速度，為初始角速度，和分別為機械功率和 電磁功率，D為機組阻尼系數(shù)，H為慣量常數(shù)，E'q(t)為q軸暫態(tài)電動勢，^為發(fā)電機定子電 流，d分別為d、q軸電抗；T'（1。為d軸開路暫態(tài)時間常數(shù)，Vf(t)為勵磁電壓，z(t)為 中間變量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，其特 征在于：直流附加控制器的采用如下模型：
(2) 其中，Pm()d為直流調(diào)制功率，PDC為直流功率，PDaref為直流功率設(shè)定值，TDC為時間常數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，其特 征在于：SVC采用如下模型：
(3) 其中，Bsvc為SVC的等效輸出電納值；Bsvc為SVC的穩(wěn)態(tài)電納；Bi為中間變量；K為測量 環(huán)節(jié)的增益；1\和h為時間常數(shù)；VMf為參考電壓；Vt為SVC控制節(jié)點的測量電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，其特 征在于：對HVDC系統(tǒng)模型進行線性化處理，有： (4) 其中，X為n維HVDC系統(tǒng)模型的狀態(tài)向量；U為HVDC系統(tǒng)模型的輸入控制向量；Y為HVDC系統(tǒng)模型的輸出向量；A、B、C為HVDC系統(tǒng)模型的系數(shù)矩陣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，其特 征在于：所述廣域分散協(xié)調(diào)控制器接收HVDC系統(tǒng)模型采集的廣域監(jiān)測信息，并通過輸出控 制指令對帶有勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機、直流附加控制器和SVC進行協(xié)調(diào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，其特 征在于：所述廣域分散協(xié)調(diào)控制器采用閉環(huán)動態(tài)線性輸出反饋控制形式，表示為：
(5) 其中，X。為廣域分散協(xié)調(diào)控制器的n維狀態(tài)向量；U為HVDC系統(tǒng)模型的輸入控制向量；Y為HVDC系統(tǒng)模型的輸出向量；A。、B。、C。為廣域分散協(xié)調(diào)控制器的參數(shù)矩陣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，其特 征在于：聯(lián)立式（4)和（5)得到包括HVDC系統(tǒng)模型和廣域分散協(xié)調(diào)控制器的閉環(huán)動態(tài)線性 輸出反饋控制系統(tǒng)，其表示為： (6) 兵甲，
力、別表示為：
(7) (8) 令（C!為設(shè)定的閉環(huán)動態(tài)線性輸出反饋控制系統(tǒng)阻尼比閾值，〇=arccosGd，給定閉 環(huán)動態(tài)線性輸出反饋控制系統(tǒng)的最小阻尼比Qin，若存在正定對稱矩陣變量戶滿足以下不 等式：
(9) 則表明閉環(huán)動態(tài)線性輸出反饋控制系統(tǒng)運行在強阻尼模式下，保證G#卩閉環(huán) 動態(tài)線性輸出反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，其 特征在于：基于凸多面體理論設(shè)計廣域分散協(xié)調(diào)控制器，具體過程如下： 1)選取P個閉環(huán)動態(tài)線性輸出反饋控制系統(tǒng)的運行點，在每個運行點i附近對HVDC系 統(tǒng)模型進行線性化處理，得到閉環(huán)動態(tài)線性輸出反饋控制系統(tǒng)的系數(shù)矩陣在此基礎(chǔ)上 對閉環(huán)動態(tài)線性輸出反饋控制系統(tǒng)進行Hankel降階，得到Hankel降階后的系數(shù)矩陣Ai; 2) 設(shè)定閉環(huán)動態(tài)線性輸出反饋控制系統(tǒng)阻尼比閾值（d，并求解〇larccosGd;對i =1，…，p，求解LMI，有：
由式（10)得到正定對稱矩陣變量Z和矩陣變量L，其中Z> 0 ;廣域分散協(xié)調(diào)控制器的 參數(shù)矩陣C。通過C。= LZH得到； 3)令W;=A ;+BCr，求解LMI，有：
其中，P為對稱矩陣變量，且@n、@12、@13、@14、@22、@ 24分別表示為： 0n= sino (Pff i+ff^P) (12) 0 12= sin〇(PA i+ff^X+CV+S) (13) 013=cos〇(ff^P-Pffi) (14) 0 14=cos〇(-PAi+ff^X+CV+S) (15) 022= sino(XAi+ff^X+FC+CV)(16) 024=coso(-XAi+A^X-FC+CV) (17) 其中，F(xiàn)、S為矩陣變量； 根據(jù)式（11)-(17)可求出P、X、F和S，且AC、BC通過下式得到： Ac= (P-X) _1(P_1S)TP (18) Bc= (P-X)_1F (19)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于凸多面體理論的HVDC系統(tǒng)廣域分散協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟：建立HVDC系統(tǒng)模型，并對其進行線性化處理；采用廣域分散協(xié)調(diào)控制器對HVDC系統(tǒng)模型進行控制；確定閉環(huán)動態(tài)線性輸出反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行滿足條件；基于凸多面體理論設(shè)計廣域分散協(xié)調(diào)控制器。本發(fā)明具有數(shù)學(xué)、物理概念明確，計算速度快，適應(yīng)性強等特點，不僅可適用于HVDC系統(tǒng)的廣域阻尼協(xié)調(diào)控制，而且可用于多FACTS協(xié)調(diào)控制器設(shè)計，以及其他阻尼控制器的協(xié)調(diào)控制，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H02J3-38
【公開號】CN104701881
【申請?zhí)枴緾N201510126447
【發(fā)明人】徐式蘊, 易俊, 趙兵, 卜廣全, 吳萍, 楊釗
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月20日