基于级联型混合直流多频段附加阻尼控制的交直流协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于级联型混合直流多频段附加阻尼控制的交直流协调控制方法，基于时域仿真，将混合直流整流侧定电流控制器的电流整定值由1 p.u.增加至1.02p.u.，测量交流系统发电机的转速变化波形；基于交流发电机转速数据，考虑各振荡模式之间存在相互影响，通过巴特沃斯带通滤波器对发电机转速偏差信号进行各频段分解；利用基于TLS

【技术实现步骤摘要】
基于级联型混合直流多频段附加阻尼控制的交直流协调控制方法


[0001]本专利技术涉及混合直流输电
，具体为一种基于级联型混合直流多频段附加阻尼控制的交直流协调控制方法。

技术介绍

[0002]混合直流输电由于结合了常规直流(LCC
‑
HVDC)与柔性直流(VSC
‑
HVDC)两种各自的优点，近年来已经成为直流输电技术的重要发展方向。受端级联混合直流输电(如图1)的整流站由2组12脉动LCC串联构成，逆变站由1组12脉动换相换流器(LCC)和电压源换流器(VSC)并联组串联构成，并将低端VSC扩展为多个VSC并联并落点于不同区域电网，在增加混合直流系统传输功率的同时，多落点结构也同时有利于工程的分期建设(图中MMC为模块化多电平换流器，属于VSC的一种)。而受端换流站由于多个VSC换流站并联后再与LCC换流站级联，实际已经形成了多端系统，赋予了多个VSC逆变站功率分配的能力。
[0003]低频振荡实际上是一种出现在互联电力系统联络线上的功率动态振荡，其频率约在0.1～2.5Hz范围内。电网中大量使用的快速励磁装置，使系统产生负阻尼并抵消原有的正阻尼，从而导致系统总阻尼变得很小甚至为负。在负阻尼情况下出现的扰动会被逐步放大，最后表现为发电机功率和功角发生改变。严重时还会造成系统失去稳定甚至解列。
[0004]电力系统次同步振荡是指发电机经补偿度较高的串补线路接入系统或者直流输电、静止无功补偿装置控制装置参数设置不当时，较易出现网络的电气谐振频率与大型汽轮发电机轴系的自然扭振频率接近的情况，次同步振荡将造成发电机大轴扭振、破坏大轴，由于振荡频率低于同步频率，该现象成为次同步振荡。
[0005]针对上述问题现有技术方案以及缺点如下：
[0006](1)措施1：利用VSC
‑
HVDC系统功率调制对电网低频振荡进行抑制，可以下参考文献：
[0007][参考文献1]唐欣,江志初,张凯峰,谢星宇.VSC
‑
HVDC系统对电网低频振荡的阻尼方法及控制参数选取[J].电力系统及其自动化学报,2018,30(06):115
‑
119.
[0008]但措施仅应用于低频振荡，无法抑制多频段振荡，且未结合混合直流的优势。
[0009](2)措施2：设计高压直流次同步振荡阻尼控制器抑制次同步振荡，可以下参考文献：
[0010][参考文献2]刘一涛,张楠,高靖,王征,江涛.应用于高压直流换流站近区机组的次同步振荡阻尼控制器研究[J].高压电器,2018,54(03):181
‑
187.
[0011]但措施仅应用于次同步振荡，无法抑制多频段振荡，无法应用于级联型混合直流系统。

技术实现思路

[0012]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于级联型混合直流多频段附加阻尼
控制的交直流协调控制方法，通过在特高压混合级联直流设计多频段附加阻尼控制器，从而同时抑制交流系统的低频振荡和次同步振荡。
[0013]本专利技术技术方案为：一种基于级联型混合直流多频段附加阻尼控制的交直流协调控制方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1：基于时域仿真，将混合直流整流侧定电流控制器的电流整定值由1p.u.增加至1.02p.u.，测量交流系统发电机的转速变化波形；
[0015]步骤2：基于时域仿真测量的交流发电机转速数据，考虑各振荡模式之间存在相互影响，通过巴特沃斯带通滤波器对发电机转速偏差信号进行各频段分解；
[0016]步骤3：利用基于TLS
‑
ESPRIT的低频振荡辨识算法对系统的振荡模态进行辨识，得到不同频段的各振荡模式对应的振荡频率和阻尼比；
[0017]步骤4：基于线性二次型最优控制构建半正定矩阵Q和正定矩阵R得到增益K，分别针对不同振荡模式设计出不同结构的混合直流附加LQR控制器，对低频振荡和次同步振荡进行抑制；
[0018]步骤5：根据阿克曼公式对各频段控制器进行状态观测器配置。
[0019]进一步的，所述基于TLS
‑
ESPRIT的低频振荡辨识算法具体为：
[0020]采样得到的振荡信号由指数变化的正弦信号和白噪声组合而成，并写为频率与阻尼系数的形式：
[0021][0022]式中，T
s
为采样周期，P一般为信号中正弦分量数的2倍，a
i
、Φ
i
、ω
i
和σ
i
分别为第i个衰减分量的幅值、初始相位、角频率及衰减因子，并写为c
p
与信号极点的乘积，w为均值为0的白噪声；
[0023]将测量得到的信号数构造成Hankel数据矩阵，矩阵满足L>P，且M>P，L+M
‑
1＝N的关系；
[0024][0025]对数据矩阵进行奇异值分解得到信号子空间V
s
与噪声子空间V
n
[0026][0027]除去Vs首行得到矩阵V1，除去末行得到矩阵V2；当忽略噪声和干扰并考虑到误差E，存在满足以下条件的可逆矩阵Ψ：
[0028]V2+E2＝(V1+E1)ψ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0029]为求X的最优解，并使得总体误差‖E1，E2‖最小，通过将V用过奇异值分解为4个P
×
P的矩阵得到，关系为
[0030][0031]ψ
op
＝
‑
V
′
12
V
′
21
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0032]考察N点采样信号，待辨识信号的模态c为
[0033]c＝[c
1 c2ꢀ…
c
P
]T
＝(λ
H
λ)
‑1λ
H
Y
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0034]Y＝[x(0) x(1)
ꢀ…ꢀ
x(N
‑
1)]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0035]最后，信号中各个分量的幅值和相位为a
i
＝2|c
i
|，θ
i
＝argc
i
。
[0036]更进一步的，所述线性二次型最优控制的具体过程为：
[0037]线性二次型最优控制中，系统的状态方程为
[0038][0039]式中：x为n维状态向量，u为r维控制向量，A和B分别为n
×
n维的系统矩阵和n
×
n维的输入矩阵，矩阵A和B由系统辨识得到；
[0040]系统二次型性能指标为
[0041][004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于级联型混合直流多频段附加阻尼控制的交直流协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于时域仿真，将混合直流整流侧定电流控制器的电流整定值由1p.u.增加至1.02p.u.，测量交流系统发电机的转速变化波形；步骤2：基于时域仿真测量的交流发电机转速数据，考虑各振荡模式之间存在相互影响，通过巴特沃斯带通滤波器对发电机转速偏差信号进行各频段分解；步骤3：利用基于TLS
‑
ESPRIT的低频振荡辨识算法对系统的振荡模态进行辨识，得到不同频段的各振荡模式对应的振荡频率和阻尼比；步骤4：基于线性二次型最优控制构建半正定矩阵Q和正定矩阵R得到增益K，分别针对不同振荡模式设计出不同结构的混合直流附加LQR控制器，对低频振荡和次同步振荡进行抑制；步骤5：根据阿克曼公式对各频段控制器进行状态观测器配置。2.根据权利要求1所述的基于级联型混合直流多频段附加阻尼控制的交直流协调控制方法，其特征在于，所述基于TLS
‑
ESPRIT的低频振荡辨识算法具体为：采样得到的振荡信号由指数变化的正弦信号和白噪声组合而成，并写为频率与阻尼系数的形式：式中，T
s
为采样周期，P一般为信号中正弦分量数的2倍，a
i
、Φ
i
、ω
i
和σ
i
分别为第i个衰减分量的幅值、初始相位、角频率及衰减因子，并写为c
p
与信号极点的乘积，w为均值为0的白噪声；将测量得到的信号数构造成Hankel数据矩阵，矩阵满足L＞P，且M＞P，L+M
‑
1＝N的关系；对数据矩阵进行奇异值分解得到信号子空间V
s
与噪声子空间V
n
除去Vs首行得到矩阵V1，除去末行得到矩阵V2；当忽略噪声和干扰并考虑到误差E，存在满足以下条件的可逆矩阵Ψ：V2+E2＝(V1+E1)ψ
ꢀꢀꢀꢀ
(4)为求X的最优解，并使得总体误差‖E1，E2‖最小，通过将V用过奇异值分解为4个P
×
P的矩阵得到，关系为
考察N点采样信号，待辨识信号的模态c为c＝[c
1 c2…
c
P
]
T
＝(λ
H
λ)
‑1λ
H
Y
ꢀꢀꢀꢀ
(7)Y＝[x(0) x(1)
…
x(N
‑
1)]
T
ꢀꢀꢀꢀ
(8)最后，信号中各个分量的幅值和相位为a
i
＝2|c
i
|，θ
i
＝argc
i
。3.根据权利要求1所述的基于级联型混合直流多频段附加阻尼控制的交直流协调控制方法，其特征在于，所述线性二次型最优控制的具体过程为：线性二次型最优控制中，系统的状态方程为式中：x为n维状态向量，u为r维控制向量，A和B分别为n
×
n维的系统矩阵和n
×
n维的输入矩阵，矩阵A和B由系统辨识得到；系统二次型性能指标为达到极小；式中：Q为正定或半正定实对称矩阵，R为正定实对称矩阵；式(10)右端的第2项是考虑控制信号的能量消耗而引入的；误差和能量消耗的相对重要性由加权矩阵Q与R的选取确定；假设系统存在最佳且唯一的控制向量uu＝
‑
Kx
ꢀꢀꢀꢀ
(11)式中：K为最优控制向量的状态反馈增益矩阵；P为正定对称矩阵；将式(11)代入式(10)得到：经过一系列化简得到：A
T
P+PA+[TK
‑
(T
T
)
‑1B
T
P]
T
[TK
‑
(T
T
)
‑1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵静波，贾勇勇，安海云，李文博，李铮，朱鑫要，
申请(专利权)人：江苏省电力试验研究院有限公司国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：