一種交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法，設(shè)計了一個考慮緊急發(fā)電控制和高壓直流功率支援的低頻減載優(yōu)化模型，并提出了一種兼顧考慮頻率恢復(fù)性能和切負(fù)荷量大小的目標(biāo)函數(shù)，選取低頻減載程序的動作頻率和每輪切負(fù)荷量作為控制變量，利用含維變異算子的云自適應(yīng)粒子群算法對方案進行優(yōu)化，實現(xiàn)交直流混聯(lián)系統(tǒng)頻率的智能控制。本發(fā)明的控制方法，解決交直流混聯(lián)系統(tǒng)故障后出現(xiàn)的頻率振蕩而可能使系統(tǒng)失穩(wěn)以及系統(tǒng)頻率恢復(fù)的經(jīng)濟性之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化問題；優(yōu)化低頻減載方案，智能搜索最優(yōu)整定方案，考慮頻率恢復(fù)性能，最小化所切負(fù)荷量，改善交直流混聯(lián)系統(tǒng)暫態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。
【專利說明】一種交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及現(xiàn)代電力系統(tǒng)保護與控制領(lǐng)域，特別涉及一種交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率 穩(wěn)定控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻率作為衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，頻率的異常會給電力系統(tǒng)帶來諸多不良 的影響，嚴(yán)重時會危害系統(tǒng)穩(wěn)定，影響系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。
[0003] 電力系統(tǒng)中出現(xiàn)較大有功缺額時，低頻減載（UFLS)是恢復(fù)頻率穩(wěn)定的最重要手 段之一。目前，低頻減載方法主要有傳統(tǒng)低頻減載與自適應(yīng)低頻減載兩類。國內(nèi)外傳統(tǒng)的 低頻減載方案，主要是由運行人員根據(jù)實際系統(tǒng)的運行操作經(jīng)驗，計算機仿真分析結(jié)論整 定的。傳統(tǒng)UFLS方案采取固定延時固定切除量，離線整定，實時性較差，可能造成過切或者 欠切。取頻率變化率的自適應(yīng)低頻減載，盡管可以靈活地設(shè)置動作時間和負(fù)荷切除量，但大 多數(shù)沒有考慮系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、發(fā)電機的調(diào)頻特性和負(fù)荷的頻率特性，可能導(dǎo)致不必要的負(fù) 荷損失。此外，當(dāng)出現(xiàn)頻率振蕩時，僅僅采用頻率瞬時變化率作為信號可能造成測量的不準(zhǔn) 確。
[0004] 隨著特高壓電網(wǎng)和超高壓直流輸電的發(fā)展，越來越復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及多變的運行 方式將使得頻率控制更加復(fù)雜。近年來國內(nèi)外的改進方案所研究的模型較少涉及直流輸電 系統(tǒng)的頻率控制作用，以及考慮其與緊急發(fā)電控制（EAGC)相協(xié)調(diào)的情況下配合低頻減載， 以進一步增強系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。為此，需要一種考慮交直流互聯(lián)系統(tǒng)緊急發(fā)電控制作用，考 慮協(xié)調(diào)增加發(fā)電機出力與直流系統(tǒng)緊急功率支援的低頻減載優(yōu)化整定模型，以提高系統(tǒng)運 行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率 穩(wěn)定控制方法。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0007] 一種交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法，包含以下順序的步驟：
[0008] S1.設(shè)計一個反映交直流混聯(lián)系統(tǒng)的低頻減載方案的優(yōu)化目標(biāo)，所述優(yōu)化目標(biāo)兼 顧頻率恢復(fù)性能和切負(fù)荷量的大??；
[0009] S2.設(shè)計緊急發(fā)電控制模型和高壓直流功率支援控制器，并將兩者結(jié)合到低頻減 載的計算模型中，優(yōu)化低頻減載方案；
[0010] S3·確定優(yōu)化低頻減載方案的整定參數(shù)，包括各輪動作頻率和各輪切負(fù)荷量，并將 各輪動作頻率和各輪切負(fù)荷量作為控制變量，確定整定方案；同時確定低頻減載方案相關(guān) 參數(shù)；
[0011] S4.在優(yōu)化算法中嵌入了時域仿真程序進行仿真，以優(yōu)化目標(biāo)為判據(jù)，獲取在尋優(yōu) 可行域內(nèi)的最優(yōu)整定值，得到低頻減載的優(yōu)化方案。
[0012] 步驟S1中，所述的兼顧頻率恢復(fù)性能和切負(fù)荷量的優(yōu)化目標(biāo)如下：
[0013] 1? =
[0014] 其中，為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值，為焉+ 的最小值、ΔΡ分別是在f? t 坐標(biāo)系下額定頻率和實際頻率軌跡所圍面積、總切負(fù)荷量；λ 1、λ 2分別是道/kJ；、Δρ的權(quán) 值，且λ 1+ λ 2 = L 〇 ;fN為額定頻率，fk為實際頻率，即頻率的瞬時值。 η {
[0015] 所述的$ 的計算方法為 :焉V- 1 - '其中，η為低頻減載的動作 輪數(shù)，t' k為第k輪動作的實際時間； 」》
[0016] ΔΡ的計算方法為： ，其中，ΔΡ11ε為第k輪動作的切負(fù)荷量。 ..秦=1..
[0017] 所述的步驟S2具體如下：在交直流混聯(lián)系統(tǒng)中，區(qū)域i中增加自適應(yīng)反步滑模控 制器的頻率控制模型具體為：
[0018]
【權(quán)利要求】
1. 一種交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法，其特征在于，包含以下順序的步驟：
51. 設(shè)計一個反映交直流混聯(lián)系統(tǒng)的低頻減載方案的優(yōu)化目標(biāo)，所述優(yōu)化目標(biāo)兼顧頻 率恢復(fù)性能和切負(fù)荷量的大小；
52. 設(shè)計緊急發(fā)電控制模型和高壓直流功率支援控制器，并將兩者結(jié)合到低頻減載的 計算模型中，優(yōu)化低頻減載方案；
53. 確定優(yōu)化低頻減載方案的整定參數(shù)，包括各輪動作頻率和各輪切負(fù)荷量，并將各 輪動作頻率和各輪切負(fù)荷量作為控制變量，確定整定方案；同時確定低頻減載方案相關(guān)參 數(shù)；
54. 在優(yōu)化算法中嵌入了時域仿真程序進行仿真，以優(yōu)化目標(biāo)為判據(jù)，獲取在尋優(yōu)可行 域內(nèi)的最優(yōu)整定值，得到低頻減載的優(yōu)化方案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法，其特征在于，步驟S1 中，所述的兼顧頻率恢復(fù)性能和切負(fù)荷量的優(yōu)化目標(biāo)如下：
其中，為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值，為名心4 +4AF的最小值；、ΛΡ分別是在f_t坐 標(biāo)系下額定頻率和實際頻率軌跡所圍面積、總切負(fù)荷量；λ ρ λ 2分別是、ΛΡ的權(quán)值， 且λ 1+λ 2 = 1. 〇 ;fN為額定頻率，fk為實際頻率，即頻率的瞬時值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述的 ? 的計算方法為：
其中，η為低頻減載的動作輪數(shù)，t' k為第k 輪動作的實際時間； ΔΡ的計算方法為：
其中，Λ Plk為第k輪動作的切負(fù)荷量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述的 步驟S2具體如下：在交直流混聯(lián)系統(tǒng)中，區(qū)域i中增加自適應(yīng)反步滑?？刂破鞯念l率控制 模型具體為：
基于廣域測量系統(tǒng)，設(shè)計了一個考慮緊急發(fā)電控制和高壓直流功率支援的自適應(yīng)反步 滑?？刂破髂Ｐ途唧w如下： A、 緊急發(fā)電控制模型：
B、 高壓直流控制模型： 其中，Λ 為區(qū)域的慣性中心角頻率的增量，f為角加速度，
4,為 區(qū)域i的等值慣性時間常數(shù)，Μ。為區(qū)域的第u號機組的慣性時間常數(shù)，ni為區(qū)域i的發(fā)電 機組數(shù)量，APsu，u為區(qū)域i的第u號機組出力的增量，Δ/^^為 APsu，u的變化率， 區(qū)域i的負(fù)荷的增量，ΛPwt i為區(qū)域i的交流線路輸送出去的功率的增量，ΛPd。為直流傳 輸功率，為APd。的變化率；Dy為區(qū)域i的等值阻尼，APi為區(qū)域i的功率缺額，TT;i， u 為區(qū)域i的第u號機組汽輪機的時間常數(shù)，Λ μ i u為區(qū)域i的第u號機組汽輪機閥門開度， △A,?為Λ μ i u的變化率，為區(qū)域i的第u號機組調(diào)速器的時間常數(shù)，Ri，u為區(qū)域i的 第u號機組的調(diào)速器速度下降率，U(UiU為區(qū)域i的第u號機組的緊急功率輸入，Td。為直流 功率控制時間常數(shù)，ud。為高壓直流線路的控制信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法，其特征在于，步驟S3 中，所述的作為控制變量的各輪動作頻率、各輪切負(fù)荷量，根據(jù)工程經(jīng)驗進行限定： 第一輪基本輪的動作頻率：f\〈49. 5Hz ; 最后一輪基本輪的動作頻率：flast>47. 5Hz ; 所切負(fù)荷量：
％ S AFS; 其中，APs為系統(tǒng)的功率缺額。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述的 Λ Ps由下式確定：
>sys/ai vs.;其中MT，sys為系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)，為系統(tǒng)的慣 性中心頻率的變化率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述的 步驟S4具體包含以下步驟：
541. 利用仿真程序建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和考慮緊急發(fā)電控制和高壓直流功率支援的低 頻減載計算模型，并進行初始化；
542. 對建立的模型給予一定的擾動，產(chǎn)生一定的功率缺額，進行仿真計算；
543. 估算系統(tǒng)的功率缺額，并選擇應(yīng)對擾動的措施；
544. 給定控制參數(shù)并進行仿真，計算初始目標(biāo)函數(shù)值；
545. 采用優(yōu)化算法逐次產(chǎn)生控制參數(shù)，再次進行仿真計算，計算目標(biāo)函數(shù)值，并更新最 優(yōu)解；
546. 判斷迭代次數(shù)是否達到預(yù)設(shè)的次數(shù)，若滿足則停止仿真，當(dāng)前最優(yōu)解為該方案的 最優(yōu)解；否則，執(zhí)行步驟S45。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流混聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制方法，其特征在于，步驟S4 中，所述的優(yōu)化算法為含維變異算子的云自適應(yīng)粒子群算法，具體如下： (1)根據(jù)云理論、分子群自適應(yīng)調(diào)整的策略，慣性權(quán)重ω的變化規(guī)律如式：
其中，Ex = fav, En = (fav-fmin)/ml, He = En/m2, ml、m2為控制參數(shù)，在正態(tài)云模型中， En決定正態(tài)云模型的陡峭程度，He決定云滴的離散程度，由En' = normrnd(En, He)產(chǎn)生 概率為正態(tài)分布的隨機數(shù)； ε為粒子群第k代的當(dāng)前全局最優(yōu)值與某粒子當(dāng)前適應(yīng)度值的比值為第k次迭代 中粒子Xi的適應(yīng)度值，fav為所有粒子適應(yīng)度值總和的平均值；fmin為全局最優(yōu)粒子的適應(yīng) 度值； (2)尋優(yōu)后期引入維變異機制，其策略如下式： Xid-min - ^id min+rand X (Xjd max_^idmin) rand^Pm ； 其中，id_min代表需要變異的維，即收斂程度最高的維；Xid min為粒子在第id_min維上 的位置；rand是為[0, 1]上均勻分布的隨機數(shù)；變異率pm為[0, 1]上的常數(shù)，維變異使粒 子重新均勻分布在該維的可行區(qū)域[Xidmin，Xidmax]上。
【文檔編號】H02J3/46GK104300568SQ201410413274
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】杜兆斌, 魏潔平, 胡海文, 陳永偉, 林偉豐, 張堯, 杜婉琳 申請人:華南理工大學(xué)