一種基于留數(shù)法的upfc最佳阻尼通道選取算法
【專利說明】一種基于留數(shù)法的UPFC最佳阻尼通道選取算法
[0001] 專利領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于留數(shù)法的UPFC最佳阻尼 通道選取算法。
【背景技術(shù)】
[0003] 統(tǒng)一潮流控制器（UnifiedPowerFlowController,UPFC)是迄今為止功能 最為強(qiáng)大的靈活交流輸電系統(tǒng)（FlexibleACTransmissionSystems，F(xiàn)ACTS)裝置， 其主要由1臺激勵變壓器（ExcitationTransformer，ET)，l臺增壓變壓器（Boosting Transformer,BT)，2 個三相電壓源逆變器（VoltageSourceConverter,VSC)和 1 個直流連 接電容器組成，通過一定的控制策略即可分別完成潮流控制、電壓調(diào)節(jié)等不同功能。四個調(diào) 制信號mE，m#PδΕ，δΒ分別為并聯(lián)電壓源逆變器和串聯(lián)電壓源逆變器的幅值調(diào)制比率和相 位角，由此構(gòu)成的每個控制回路都可裝設(shè)附加阻尼控制器來抑制弱阻尼模態(tài)，這一特性對 于選擇附加阻尼控制器回路有重要意義。
[0004] 目前，對于選擇和分析UPFC阻尼控制器反饋信號可以使用方法為阻尼轉(zhuǎn)矩分析 法（DampingTorqueAnalysis，DTA),阻尼轉(zhuǎn)矩分析法是基于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動所產(chǎn)生的 阻尼轉(zhuǎn)矩的實(shí)際分析，物理意義清晰，在單機(jī)系統(tǒng)的研究中得到普遍應(yīng)用。但發(fā)電機(jī)阻尼 轉(zhuǎn)矩的分配和傳遞過程復(fù)雜，每臺發(fā)電機(jī)阻尼轉(zhuǎn)矩都影響系統(tǒng)模態(tài)且復(fù)雜系統(tǒng)存在多個 模態(tài)，所以DTA方法不適合應(yīng)用到復(fù)雜電力系統(tǒng)。為此，需要一種簡單實(shí)用的方法來選 擇UPFC附加阻尼控制器反饋通道。本發(fā)明采用源于現(xiàn)代控制理論的模態(tài)分析法（Modal Analysis，ΜΑ)，利用這種方法計算模態(tài)的可控性指標(biāo)、可觀性指標(biāo)，進(jìn)而得到它們的乘積 (留數(shù)）即可定量分析UPFC阻尼控制定位對系統(tǒng)小干擾下振蕩穩(wěn)定性的影響，適合大型系 統(tǒng)編程、分析與計算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于留數(shù)法的UPFC最佳阻尼通道選取算法， UPFC即統(tǒng)一潮流控制器由1臺激勵變壓器，1臺增壓變壓器，2個三相電壓源逆變器和1個 直流連接電容器組成，UPFC的功能通過四個比例積分控制器來實(shí)現(xiàn)，其中交流母線電壓由 并聯(lián)電壓源逆變器的幅值調(diào)制比率mE控制，直流電容電壓由并聯(lián)電壓源逆變器的相位角 δE控制，線路的無功功率由串聯(lián)電壓源逆變器的幅值調(diào)制比率mB調(diào)節(jié)，有功功率由串聯(lián)電 壓源逆變器的相位角SB調(diào)節(jié)，由此構(gòu)成的每個控制回路都能裝設(shè)附加阻尼控制器來抑制 弱阻尼模態(tài)；
[0006] 所述算法其特征在于，包括：
[0007]步驟1、收集數(shù)據(jù)并計算給定穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下各變量的穩(wěn)態(tài)值；
[0008] 步驟2、計算包含UPFC及其阻尼控制器的全系統(tǒng)線性化模型，得出狀態(tài)矩陣A并計 算其特征值λ1;
[0009] 步驟3、計算系統(tǒng)左特征向量Vi與右特征向量W1;
[0010] 步驟4、計算可控性指標(biāo)bi和可觀性指標(biāo)ci;
[0011] 步驟5、計算留數(shù)指標(biāo)
[0012] 步驟6、分別以mE，mB，δΕ，δΒ構(gòu)成UPFC附加阻尼控制器信號，代入步驟1至步驟 5中計算出四個反饋信號通道的留數(shù)指標(biāo)，留數(shù)指標(biāo)最大的反饋通道即為UPFC阻尼控制器 反饋信號最佳反饋通道。
[0013] 所述收集數(shù)據(jù)包括：發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)包括發(fā)電機(jī)慣性常數(shù)Τρ直軸電抗Xq、交軸電抗 Xq、直軸暫態(tài)電抗X' ^勵磁系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括勵磁繞組時間常數(shù)τ'd。、阻尼系數(shù)D、自動電壓調(diào) 節(jié)器增益心、自動電壓調(diào)節(jié)器時間常數(shù)TA;輸電線路數(shù)據(jù)包括線路電阻、線路電抗、線路電 納；UPFC數(shù)據(jù)包括直流電容Cd。、直流電容電壓Vd。。、并聯(lián)側(cè)電抗XE、串聯(lián)側(cè)電抗XB。
[0014] 所述計算包含UPFC及其阻尼控制器的全系統(tǒng)線性化模型的具體過程為在UPFC閉 環(huán)的基礎(chǔ)上引入附加阻尼控制器信號Au，mE，mB，δΕ，δB統(tǒng)稱為UPFC的附加阻尼控制器信 號Au ;計算包含UPFC及其阻尼控制器的全系統(tǒng)線性化模型，得出狀態(tài)矩陣A并計算其特 征值λi;
[0015] 阻尼控制器傳遞函數(shù)為G(s)，則附加阻尼控制器的線性化方程：
[0016] Au = G(s) ΔΥ
[0017] ΔΥ = CAx
[0018] 式中，Δχ為系統(tǒng)狀態(tài)變量，ΔY為反饋信號，C為傳遞函數(shù)矩陣；
[0019] 包含UPFC的系統(tǒng)線性化模型為：
[0020]
[0021] 其中：矩陣▲、矩陣B、矩陣c及矩陣.β:皆為系數(shù)矩陣，Ay為系統(tǒng)代數(shù)變量；
[0022] 將附加阻尼控制器的線性化方程與UPFC的系統(tǒng)線性化模型整合后即可得到全系 統(tǒng)線性化模型：
[0023]
[0024] 其中：B為控制矩陣；
[0025] 則狀態(tài)矩陣A為
[0026]
[0027] 由狀態(tài)矩陣A計算其特征值λ1<3
[0028] 所述計算系統(tǒng)左特征向量t與右特征向量Wi由矩陣方茜
卜算而 得。
[0029] 所述計算可控性指標(biāo)b1=W辦可觀性指標(biāo)Cl=CV1;可控性指標(biāo)bi度量控制器 控制信號對模態(tài)的能控性大??；可觀性指標(biāo)(^度量模態(tài)在控制器反饋信號中能被觀察的程 度。
[0030] 所述計算留數(shù)指標(biāo)= ;用可控性指標(biāo)h與可觀性指標(biāo)c^勺乘積即留數(shù)用 來分析預(yù)測控制器對模態(tài)的總影響。
[0031] 有益效果
[0032] 本發(fā)明提出的一種基于留數(shù)法的UPFC最佳阻尼通道選取算法，能夠具體地給出 控制器影響指定的電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩模態(tài)的過程，從而為選擇控制器反饋信號提供物理意 義清晰的指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明所述方法流程圖。
[0034] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中裝有UPFC及其阻尼控制器的簡單四機(jī)二區(qū)域電力系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0035] 圖3是本發(fā)明中的UPFC主控制示意圖；
[0036] 圖4是UPFC附加阻尼控制結(jié)構(gòu)圖；
[0037] 圖5是阻尼控制器與模態(tài)的關(guān)系示意圖；
[0038] 圖6是阻尼穩(wěn)定器對模態(tài)的單向傳遞通道示意圖；
[0039] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例中調(diào)制通道選擇仿真結(jié)果；
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合說明書附圖與一組具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0041 ] 圖1是本發(fā)明所述方法流程圖。
[0042] 附圖2所示為簡單四機(jī)二區(qū)域電力系統(tǒng)，UPFC安裝在母線B12與B13之間，以下 將通過圖2系統(tǒng)說明本發(fā)明提出的阻尼控制的定位算法具體實(shí)施過程。模態(tài)分析的內(nèi)容是 比較在UPFC四個控制信號mE，mB，δΕ，δJ：加設(shè)阻尼控制器的阻尼效果。四機(jī)二區(qū)域電力 系統(tǒng)的參數(shù)（均為標(biāo)幺值）如下：
[0043] 穩(wěn)態(tài)時，發(fā)電機(jī)1~4的輸出功率均為0. 9 ;母線7和9的負(fù)荷為0. 967和1. 767 ; 發(fā)電機(jī)慣性常數(shù)Τ;、直軸電抗Xq、交軸電抗Xq、直軸暫態(tài)電抗X'd、勵磁繞組時間常數(shù)Τ' d。、 阻尼系數(shù)D、自動電壓調(diào)節(jié)器增益KA和時間常數(shù)1\數(shù)據(jù)列于表1 ;輸電線路電阻、電抗、電納 參數(shù)列于表2 ;UPFC的參數(shù)為：直流電容C&= 1.0,直流電容電壓Vdd]= 1.0,并聯(lián)側(cè)電抗XE =0.02,串聯(lián)側(cè)電抗XB= 0.005。
[0044] 表1四機(jī)兩區(qū)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)參數(shù)（p.u.)
[0045]

[0046] 表2四機(jī)兩區(qū)系統(tǒng)的線路參數(shù)（p.u.)
[0047]
[0048]UPFC的功能通過四個比例積分控制器來實(shí)現(xiàn)，其主控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，其中 交流母線電壓由并聯(lián)電壓源逆變器的幅值調(diào)制比率mE控制，直流電容電壓由并聯(lián)電壓源逆 變器的相位角SE控制，線路的無功功率由串聯(lián)電壓源逆變器的幅值調(diào)制比率mB調(diào)節(jié)，有功 功率由串聯(lián)電壓