基于隐式广义预测控制的超导储能抑制机电扰动传播的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于隐式广义预测控制的超导储能抑制机电扰动传播的方法，S1：通过Laplace变换，建立电力系统机电扰动传播的复频域模型，理论分析电力系统中扰动的传播规律；S2：在所述电力系统的母线上加装超导储能装置，利用广义预测控制原理控制超导磁储能装置的输入输出有功功率，抑制所述机电扰动传播；S3：利用仿真软件验证主动控制器对电力系统中的机电扰动传播的抑制效果。本发明专利技术通过在不同扰动下快速准确跟踪发电机转子角速度增量差的变化，实现对机电扰动的抑制，并能使迅速系统稳定，该方法具有简单易行、响应速度快、控制精度高、无超调等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于隐式广义预测控制的超导储能抑制机电扰动传播的方法。
技术介绍
高速增长的电力需求，导致我国电网变得更加复杂和庞大，电力系统动态特性愈加复杂，电力系统扰动传播对电网的稳定性影响变得更加巨大，使得由扰动导致的大规模电网事故的可能性大大的增高，最终导致难以抑制电力系统扰动传播。电力系统时刻受到各种扰动，使发电机的机械功率与输出的电磁功率不平衡，发电机转子转速变化，不再以同步转速运行。从而使发电机进入一个动态过程，扰动在系统中的传播表现为系统频率在时间和空间上呈现时空分布特性。根据扰动在系统中传播的规律，通过在母线上加装储能装置，采取适当的控制措施，可有效地控制扰动在系统的传播，改善系统频率分布特性，实现提高系统的稳定性。相关研究表明，系统中由机电扰动引起的发电机转速动态变化，在系统中以波的形式传播并且呈现时空分布特性。连续体建模(ContinuumModeling)将空间分布跨度极大的电力系统视为空间上连续分布的发电机、输电线路和负荷整体，发电机转子转动惯量、阻尼和线路阻抗由连续分布的密度函数表示，并引入到发电机摇摆方程，得到关于时间和空间的二阶偏微分方程，并借助于波动力学的相关理论，研究扰动在系统中的波动规律，从而揭示了系统中扰动的传播机理，为研究电力系统机电动态特性提供了新的视角。超导磁储能装置能够在四象限快速、独立控制有功和无功功率，其性能依赖于所采用的控制方式，只有采用有效的控制方式，才能使SMES快速、准确地抑制机电扰动的传播。电压电流双闭环PI控制是最广泛、最实用的控制方式，分开控制输入电流和输出电压，电压外环输出作为电流指令，电流内环控制输入电流，快速追踪电流指令。但是由于变流器的非线性特性，PI控制器的稳定性以及系统性能对参数变化和外部扰动比较敏感，鲁棒性较差。不依赖于受控系统数学模型，设计了SMES非线性PID控制器，具有结构简单、易于实现、适应性强的特点，但其参数设计还需进一步研究。采用模糊逻辑控制SMES改善系统特性，仿真结果证明了该控制方法在提高电网稳定方面的有效性，但因涉及到复杂的算法，工程中实现起来有一定难度。为解决上述问题，本文采用广义预测控制实现对SMES的有效控制。广义预测控制(GPC，GeneralizedPredictiveControl)作为一种主要的最优控制策略，采用多步预测、滚动优化和反馈校正等控制策略对控制对象进行控制，能有效的克服控制中的模型不准确、非线性、时变性的影响，同时还可以应对过度参数变化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于隐式广义预测控制的超导储能抑制机电扰动传播的方法，可实现对机电扰动的抑制，并能迅速使系统稳定，其响应速度快，且控制精度高。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于隐式广义预测控制的超导储能抑制机电扰动传播的方法，该方法包括以下步骤：S1：通过Laplace变换，建立电力系统机电扰动传播的复频域模型，理论分析电力系统中扰动的传播规律；S2：在所述电力系统的母线上加装超导储能装置，根据所述传播规律得出随机干扰的对象，根据广义预测控制原理利用主动控制器控制超导磁储能装置的输入输出有功功率，实现抑制所述机电扰动传播。进一步地，该方法还包括：S3：利用仿真软件验证主动控制器对电力系统中机电扰动传播的抑制效果。进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：S21：所述电力系统的母线上加装超导储能装置，根据电力系统中扰动的传播规律采用受控自回归积分滑动平均模型作为预测模型描述随机干扰的对象，通过带遗忘因子的最小二乘法辨识方法获取所述预测模型的最优控制量；S22：采用所述电力系统中的转子角速度增量作为预测模型的输入控制测模型的有功功率，预测模型的有功功率通过超导储能装置输出到电力系统中，实现抑制机电扰动传播。进一步地，所述最优控制量满足的约束条件为：Δu(k)min≤Δu(k)≤Δu(k)max式中，Δu(k)为预测模型的最优控制量，Δu(k)min为控制量的下限值，Δu(k)max为控制量的上限值。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过在不同扰动下快速准确跟踪发电机转子角速度增量差的变化，采用广义预测控制超导储能装置，实现对机电扰动的抑制，并能使迅速系统稳定，该方法具有简单易行、响应速度快、控制精度高、无超调等优点。并且，本申请通过采用带遗忘因子的最小二乘法辨识方法获取所述预测模型的最优控制量，有效避免了由于超导储能装置非线性造成的参数化建模不准确、繁琐问题。附图说明图1为均匀链式电力系统的原理图；图2为均匀链式系统第k段的原理图；图3为广义预测控制下的SMES原理图；图4为60台发电机链式系统扰动信号的曲线图；图5为扰动1作用下发电机转子角速度增量差的曲线图；图6为在扰动1、2和3作用下第一台发电机转子角速度增量差的曲线图；图6-1为在扰动4作用下第一台发电机转子角速度增量差的曲线形图；图7为第3条母线上并联SMES的原理图；图8为跟踪给定值的特性曲线图；图9为控制器输入曲线图；图10为扰动1作用下转子角速度增量差的曲线图；图11为扰动1下转子相角增量差的曲线图；图12为SMES输出有功功率P的曲线图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。一种基于隐式广义预测控制的超导储能抑制机电扰动传播的方法，该方法包括以下步骤：S1：通过Laplace变换，建立电力系统机电扰动传播的复频域模型，理论分析电力系统中扰动的传播规律，具体方法如下：图1为一个链式离散电力系统模型，图中R为输电线路电阻，X为传输线电抗，M为发电机角动量，D为发电子转子阻尼。根据电力系统的实际运行情况，本文对图1所示系统模型做了如下设定：(1)所有母线电压标幺值为1.0；(2)输电线路参数相同且R/X＜＜1，即忽略线路电阻；(3)发电机机械功率恒定不变；(4)相邻母线间的电压相角差δ较小，满足sinδ≈δ，cosδ≈1；(5)D/M＜＜1。图2示出了第k条线路的传输功率Pk与第k和k+1条母线电压相角θk和θk+1的关系为：Pk,k+1=Uk·Uk+1Xsin(θk-θk+1)---(1)]]>式中，Uk和Uk+1分别表示第k条和第k+1条母线电压，和B为第k条和第k+1条母线之间的电纳，简化公式(1)得Pk,k+1≈1X(θk-θk+1)≈B(θk-θk+1)---(2)]]>第k条线路的功率增量Δpk与第k条母线所在发电机节点电压相角增量Δθk的关系为Δpk(t)≈BΔθk(t)(3)由于忽略发电机内阻抗，发电机转子角等于相连的母线电压相角，故发电机转速增量为Δωk(t)=1ωsdΔθk(t)dt=12πfdΔθk(t)dt---(4)]]>第k条母线上发电机的摇摆方程为：MdΔθk2(t)dt2+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于隐式广义预测控制的超导储能抑制机电扰动传播的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过Laplace变换，建立电力系统机电扰动传播的复频域模型，得出电力系统中扰动的传播规律；S2：在所述电力系统的母线上加装超导储能装置，根据所述传播规律得出随机干扰的对象，根据广义预测控制原理利用主动控制器控制超导磁储能装置的输入输出有功功率，实现抑制所述机电扰动传播。

【技术特征摘要】
1.一种基于隐式广义预测控制的超导储能抑制机电扰动传播的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过Laplace变换，建立电力系统机电扰动传播的复频域模型，得出电力系统中扰动的传播规律；S2：在所述电力系统的母线上加装超导储能装置，根据所述传播规律得出随机干扰的对象，根据广义预测控制原理利用主动控制器控制超导磁储能装置的输入输出有功功率，实现抑制所述机电扰动传播。2.根据权利要求1所述的基于隐式广义预测控制的超导储能抑制机电扰动传播的方法，其特征在于，该方法还包括：S3：利用仿真软件验证主动控制器对电力系统中机电扰动传播的抑制效果。3.根据权利要求1所述的基于隐式广义预测控制的超导储能抑制机电扰动传播的方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德林，刘艳，郭成，丁玲，范小鹏，康积涛，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51