[发明专利]一种考虑时滞的电力系统附加广域阻尼控制器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑时滞的电力系统附加广域阻尼控制器设计方法。

背景技术

大规模互联电网复杂的机理和严峻的运行条件，使其整体的动态行为难以分析和控制。互联电力系统中多次发生的低频振荡现象，威胁着电网的安全、稳定运行，制约区域内和区间某些主要输电线路的输电能力，使得跨区域电能调度这一电网互联的初始目标难以完成。

随着广域测量系统(Wide Area Measurement System，WAMS)技术的不断发展与成熟，将WAMS用于大规模互联电力系统形成闭环控制，是电力系统发展的方向之一。WAMS能够实时提供发电机功角、转速以及区域间联络线的传输功率等信息，为设计广域阻尼控制器以抑制系统区间振荡，提供了新的数据平台。基于WAMS的广域信号，充分反映系统局部振荡和区间振荡的模态信息，将其提供给阻尼控制器构成闭环控制，能够获得优越的控制性能。

然而，应用广域信息也会给系统的控制带来新的问题。现代数字化通讯网络为WAMS信息传输提供了强有力的物理支撑，虽然信息交流方便快捷，但是，考虑到传输距离较远，广域信息在通信网络中传输存在不可避免的通信时延。当时滞较大时，可能会导致阻尼控制器作用效果变差，甚至诱发电力系统失稳。

目前，考虑时滞影响的广域稳定控制主要可以分为广域鲁棒PSS控制和广域阻尼控制两大类。广域鲁棒PSS控制主要侧重于将鲁棒控制理论应用于电力系统，借助于鲁棒控制工具箱可以完成单个阻尼控制器的设计，目前已有基于回路成型、增益调度和混合灵敏度等技术的广域时滞阻尼控制器设计方法。但是在设计过程中，由于系统和时滞均具有不确定性，需要对系统模型和时滞环节进行降阶和近似处理。模型降阶和近似环节的误差，直接影响着鲁棒控制器的性能。

对于广域阻尼控制器(Wide Area Damping Controller，WADC)的设计，主要是针对电网中的电力系统稳定器(Power System Stabilizer，PSS)、自动电压调节器(Automatic Voltage Regular，AVR)和典型的柔性交流输电系统(Flexible Alternative Current Transmission Systems，FACTS)设备(SVC、TCSC等)的附加阻尼控制器进行优化设计。目前的研究大多基于单个、固定时滞的电力系统，对系统存在多个、随机时滞情况的研究还较少。这些研究大多都是采用极点配置法设计参数，将时滞因素引入优化模型，或者设计适当的时滞补偿环节，以提高控制器的鲁棒性和阻尼效果，并且未见以电力系统关键特征值计算为基础的WADC优化设计的研究成果。此外，现有的基于WAMS和改进粒子群优化算法的SVC附加阻尼控制器优化设计方法，通过Prony分析工具获得振荡模式的相关信息，应用改进的粒子群算法优化控制参数，但是该方法没有考虑到广域信息的延时对控制效果的影响。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种考虑时滞的电力系统附加广域阻尼控制器设计方法。该方法计算实际系统的关键特征值和判别系统的稳定性时，充分考虑通信时滞对系统阻尼性能的影响，可以大幅提高区间振荡模式的阻尼，增强时滞系统的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种考虑时滞的电力系统附加广域阻尼控制器设计方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将电力系统阻尼最弱的振荡模式作为目标控制模式，确定AVR和FACTS设备的最佳安装位置，进一步建立不考虑时滞因素的包含AVR和FACTS设备的电力系统模型和WADC模型；

步骤(2)：在不考虑时滞因素的包含AVR和FACTS设备的电力系统模型和WADC模型的基础上，引入时滞环节，进而建立考虑时滞因素的闭环时滞电力系统的模型；

步骤(3)：根据闭环时滞电力系统的模型，构建WADC参数优化的数学模型；

步骤(4)：采用粒子群优化(Particle Swarm Optimization，PSO)算法，求解步骤(3)中WADC的最优参数；

在每次的迭代优化过程中，考虑时滞因素，采用SOD算法求解闭环时滞电力系统最右侧的关键特征值，以达到关键特征值的阻尼最大这一目标。

所述步骤(1)中，采用基于可控可观性的联合几何测度方法，确定AVR和FACTS设备的最佳安装位置。

所述步骤(1)中，采用基于可控可观性的联合几何测度方法，确定AVR和FACTS设备的最佳安装位置的具体过程，包括：