[发明专利]一种时延匹配电力系统稳定器及其设计方法

说明书

本发明公开一种时延匹配电力系统稳定器，由隔直滤波模块W、反馈增益模块K、时延匹配模块T和输出限幅模块B依次串联组成，其输入信号来自于电力系统相量测量单元PMU，其输出信号输入电力系统稳定调控装置。本发明还涉及一种时延匹配电力系统稳定器的设计方法，根据被控振荡模式的特征根及其对应留数的幅值和相位、控制环路的实际时延，即可确定时延匹配电力系统稳定器参数，通过时延匹配使反馈回路的总时延达到最优值，从而获得最佳的稳定控制效果。

技术领域

本发明涉及电力系统稳定与控制技术领域，尤其涉及一种新型时延匹配电力系统稳定器及其设计方法。

背景技术

随着太阳能、风能、生物质能等可再生能源以及越来越多的电动汽车及储能元件的并网，为了满足能量传输和提升效率的需求，现代电力系统的规模正在不断扩大。为了解决大规模电力系统的稳定性问题，在电力系统稳定控制中应用广域测量系统(Wide-areaMeasurement System，WAMS)十分必要。然而在广域电力系统稳定器(Wide-area PowerSystem Stabilizer，WAPSS)的工程应用中，WAMS固有的时延是不可避免的问题，在设计PSS时需要考虑时延的影响。如果基于无时延的假设来设计控制器，系统中的时延会影响系统的稳定性，因此近年来许多研究者采用了一些存在时延的控制理论来设计WAPSS，期望获得较好的阻尼效果。另有研究者认为，在采用无延时的控制方法之前对时延进行补偿，也是一种可行的研究思路。但若采用此方法，随着时滞的增加，补偿模块的数量也会随之增加，控制结构会变得比较复杂。不仅如此，如果闭环控制中存在较大时延，精确预测相量测量单元(Phasor Measurement Unit，PMU)的反馈控制信号将变得十分困难。

事实上，时延对系统稳定性的影响并非完全负面。信号时延引起的相位滞后与系统传递函数中的相位偏移本质相同，两者都会使输入信号到输出信号之间产生相位差，当系统相位偏差超前时，两者甚至存在一定的互补性。在控制理论中，如果在输入信号中加入匹配的时延，可以达到提高系统稳定性的效果，该方法已被广泛应用于系统阻尼控制中。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种时延匹配电力系统稳定器及其设计方法。

本发明设计了一种新型的时延匹配电力系统稳定器DMPSS(Delay-MatchingPower System Stabilizer)，能克服目前经典PSS控制器结构复杂、控制方法繁琐的缺点。这种新型DMPSS与经典PSS的主要区别在于：用时延匹配模块取代了经典结构中的超前滞后模块，通过该模块在控制器中引入附加时延，使控制环路的总延时达到最优，在反馈增益确定的情况下，显著提高阻尼效果。

为了实现上述技术目标，本发明提出的技术方案如下：

一种时延匹配电力系统稳定器DMPSS，其结构特征在于：由隔直滤波模块W、反馈增益模块K、时延匹配模块T、输出限幅模块B依次串联而成，其输入信号来自于电力系统相量测量单元PMU，其输出信号输入电力系统稳定调控装置；其中，时延匹配模块T的传递函数T(s)如式(1)：

T(s)＝e^-sΔτ (1)

式中，s表示复数变量，Δτ表示匹配时延，需要根据实际系统运行方式和控制环路实时时延来计算确定。

上述时延匹配电力系统稳定器的设计方法，其步骤如下：

步骤1：在电力系统中筛选控制环路，包括确定输入DMPSS的相量测量单元PMU(Phasor Measurement Unit,)信号，选取合适的稳定控制执行器，确定正常工作情况下控制环路的实测时延τ；

步骤2：确定系统的主导振荡模式，其特征根为λ_j，并计算该振荡模式对应留数R_j的幅值|R_j|及其相位角∠R_j，并令∠R_j处于[0，2π]范围内；