本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)計算技術(shù)領(lǐng)域，更準確地說，本發(fā)明涉及一種機電暫態(tài)仿真中控制系統(tǒng)穩(wěn)定性自動診斷和參數(shù)調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)機電暫態(tài)時域仿真是電力系統(tǒng)暫態(tài)和動態(tài)安全穩(wěn)定分析與控制的基礎(chǔ)。仿真中所采用的勵磁、調(diào)速、pss等控制系統(tǒng)的模型和參數(shù)的合理性又是仿真結(jié)果正確與否的關(guān)鍵。在仿真中實現(xiàn)對顯著影響控制系統(tǒng)穩(wěn)定性參數(shù)的自動診斷和調(diào)整，既能提高電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真可信度，又有助于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析和控制器設(shè)計。
控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，表示系統(tǒng)能妥善地保持預(yù)定的工作狀態(tài)，耐受各種不利因素的影響。在線性定常系統(tǒng)中，許多穩(wěn)定性判據(jù)，如奈魁斯特穩(wěn)定判據(jù)及勞斯穩(wěn)定判據(jù)都給出了極為實用和非常方便的判別穩(wěn)定性的方法。它們的基礎(chǔ)都是利用特征根技術(shù)分析平衡點的穩(wěn)定性，對于時變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，分析穩(wěn)定性的問題要復(fù)雜得多，上述各種穩(wěn)定判據(jù)不能直接應(yīng)用。實際的電力系統(tǒng)是典型的時變非線性系統(tǒng)，采用微分代數(shù)方程組描述，通過數(shù)值積分法求取受擾軌跡，基于對動態(tài)積分方程求參數(shù)的偏導(dǎo)獲取參數(shù)軌跡靈敏度，進而分析控制系統(tǒng)參數(shù)對非自治非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。
結(jié)合平衡點特征根技術(shù)與數(shù)值積分，文獻《軌跡特征根的解析估算及其誤差分析》(電力系統(tǒng)自動化,2008,32(19):10-14)提出將平衡點特征根技術(shù)擴展到大擾動受擾軌跡的各個斷面。對任意多機模型積分后，沿其受擾軌跡在每一步積分的起點處，按積分得到的實際狀態(tài)將非自治非線性系統(tǒng)模型重新線性化后求解得到軌跡斷面特征根，用軌跡斷面特征根來考察非自治和非線性因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，可以獲取更多的相關(guān)振蕩模態(tài)的解析時間序列信息。
此外，電力系統(tǒng)機電暫態(tài)時域仿真采用數(shù)值積分方法逐個步長積分求解，過程中由于模型結(jié)構(gòu)或者參數(shù)的不合理，會導(dǎo)致計算收斂性變差，因此，迭代求解過程中的信息也可用于評估控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是：提供一種機電暫態(tài)仿真中控制系統(tǒng)穩(wěn)定性自動診斷和參數(shù)調(diào)整方法。該方法在仿真中實現(xiàn)對顯著影響控制系統(tǒng)穩(wěn)定性參數(shù)的自動診斷和調(diào)整，提高電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真可信度，為相關(guān)控制器設(shè)計提供參考。
本發(fā)明的原理是：采用將平衡點特征根技術(shù)擴展到大擾動受擾軌跡的各個斷面的思想，結(jié)合電力系統(tǒng)機電暫態(tài)時域仿真中各步長的發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)的輸出變量信息和阻尼比靈敏度指標，找出仿真中主導(dǎo)不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)和參數(shù)，并對其進行調(diào)整。
具體地說，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，包括如下步驟：
1)從0秒開始進行電力系統(tǒng)機電暫態(tài)時域仿真，在故障清除后，開始在各仿真步長判斷是否滿足發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)穩(wěn)定性自動診斷的啟動條件，如滿足則進入步驟2)，否則繼續(xù)下一步長的電力系統(tǒng)機電暫態(tài)時域仿真，并重復(fù)本步驟的判斷，如果達到設(shè)定的仿真結(jié)束時間仍未進入步驟2)，則進入步驟6)；
2)根據(jù)仿真中各步長的發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)的輸出變量信息，篩選仿真中的不穩(wěn)定控制系統(tǒng)，確定主導(dǎo)不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)及其所屬發(fā)電機，將該主導(dǎo)不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)記為c，將c所屬發(fā)電機記為g，并將確定主導(dǎo)不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)的時刻記為t1，記錄t1時刻的系統(tǒng)狀態(tài)，進入步驟3)；
3)通過戴維南等值法，以發(fā)電機g為端口向輸電網(wǎng)內(nèi)看，將t1時刻的系統(tǒng)等值為發(fā)電機g通過等值阻抗與無窮大母線相連接的單機無窮大系統(tǒng)s，進入步驟4)；
4)按照已經(jīng)得到的在t1時刻的發(fā)電機g及其控制系統(tǒng)的狀態(tài)變量值，將單機無窮大系統(tǒng)s線性化，并對單機無窮大系統(tǒng)s進行特征根分析；根據(jù)分析得到的特征根、阻尼比及振蕩頻率，選擇振蕩能量最大的振蕩模式為主導(dǎo)振蕩模式，將該主導(dǎo)振蕩模式記為m，計算控制系統(tǒng)c所有參數(shù)在模式m下的阻尼比靈敏度，進入步驟5)；
5)比較控制系統(tǒng)c所有參數(shù)在模式m下的阻尼比靈敏度，確定阻尼比靈敏度絕對值最大者為要調(diào)整的關(guān)鍵參數(shù)，將該關(guān)鍵參數(shù)記為α；根據(jù)參數(shù)α的阻尼比靈敏度正負確定參數(shù)調(diào)整方向，阻尼比靈敏度大于零則增大參數(shù)，阻尼比靈敏度小于零則減小參數(shù)；在參數(shù)α原值基礎(chǔ)上根據(jù)模式m目前的阻尼比ξ目前和設(shè)定需要調(diào)整達到的阻尼比ξ設(shè)定，計算參數(shù)α的調(diào)整量，
6)在設(shè)定的仿真時間內(nèi)，全網(wǎng)控制系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性，結(jié)束本方法。
上述技術(shù)方案的進一步特征在于，所述步驟1)中的發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)，限于發(fā)電機所屬的調(diào)速器、原動機、勵磁系統(tǒng)和pss。
上述技術(shù)方案的進一步特征在于，所述步驟1)中的啟動條件有兩個，分別為啟動條件一和啟動條件二，二者滿足其一即啟動；
啟動條件一：判斷各仿真步長迭代收斂時的迭代次數(shù)是否超過迭代次數(shù)n，如果連續(xù)l步的迭代次數(shù)都超過n，則滿足啟動條件一，其中，n和l為預(yù)先設(shè)定值；
啟動條件二：判斷仿真中發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)的輸出變量從故障清除時刻到現(xiàn)在的波形的振蕩周期和振蕩幅度，如出現(xiàn)弱阻尼振蕩或者增幅振蕩情況，則滿足啟動條件二。
上述技術(shù)方案的進一步特征在于，所述步驟2)中，篩選仿真中的不穩(wěn)定控制系統(tǒng)，確定主導(dǎo)不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)及其所屬發(fā)電機，通過以下兩種方法進行：
當發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)穩(wěn)定性自動診斷由啟動條件一啟動時，采用方法一，否則采用方法二；
方法一：計算仿真中發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)的輸出變量在每步長迭代收斂時和前一次迭代計算的差值，如果差值大于設(shè)定的門檻值，則選擇差值最大的控制系統(tǒng)為影響系統(tǒng)不穩(wěn)定的主導(dǎo)因素，同時確定控制系統(tǒng)所屬的發(fā)電機為影響系統(tǒng)不穩(wěn)定的主導(dǎo)發(fā)電機；
方法二：根據(jù)仿真中發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)的輸出變量從故障清除時刻到現(xiàn)在的波形的振蕩周期和振蕩幅度，篩選出具有弱阻尼振蕩或者增幅振蕩特性的變量，進一步選擇這些變量中均方差值最大的控制系統(tǒng)為影響系統(tǒng)不穩(wěn)定的主導(dǎo)因素，同時確定控制系統(tǒng)所屬的發(fā)電機為影響系統(tǒng)不穩(wěn)定的主導(dǎo)發(fā)電機。
上述技術(shù)方案的進一步特征在于，所述步驟4)中計算控制系統(tǒng)c所有參數(shù)在該模式m下的阻尼比靈敏度的方法如下：
用α代表控制系統(tǒng)c的各參數(shù)，計算α的阻尼比靈敏度的方法為根據(jù)公式(1)計算待考察參數(shù)α的特征根靈敏度
本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明從電力系統(tǒng)機電暫態(tài)時域仿真中各步長的發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)的輸出變量信息捕捉不穩(wěn)定現(xiàn)象，確定主導(dǎo)不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)及其發(fā)電機，計了電力系統(tǒng)動態(tài)過程的影響；對以該發(fā)電機為端口的戴維南等值單機無窮大系統(tǒng)進行特征根分析，計算主導(dǎo)不穩(wěn)定控制系統(tǒng)參數(shù)的阻尼比靈敏度，根據(jù)阻尼比靈敏度信息調(diào)整參數(shù)，避免了對多機系統(tǒng)進行特征根分析不能求取所有特征根，甚至會遺漏主要的不穩(wěn)定模式的問題，阻尼比靈敏度指標則可更直觀反映參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響?？偟膩碚f，本發(fā)明結(jié)合電力系統(tǒng)機電暫態(tài)時域仿真中各步長的發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)的輸出變量信息和阻尼比靈敏度指標，能夠準確找出仿真中主導(dǎo)不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)和參數(shù)，實現(xiàn)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性自動診斷和參數(shù)調(diào)整，既能提高電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真可信度，又有助于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析和控制器設(shè)計。
附圖說明
圖1為本發(fā)明方法的流程圖。
具體實施方式
下面參照附圖并結(jié)合實例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
圖1中步驟1描述的是，從0秒開始進行電力系統(tǒng)機電暫態(tài)時域仿真，在故障清除后，開始在各仿真步長判斷是否滿足發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)(調(diào)速器、原動機、勵磁系統(tǒng)和pss)穩(wěn)定性自動診斷的啟動條件。所述啟動條件為兩個：
啟動條件一，判斷各仿真步長迭代收斂時的迭代次數(shù)是否超過迭代次數(shù)n，如果連續(xù)l步的迭代次數(shù)都超過n，則滿足啟動條件一，其中，n和l為預(yù)先設(shè)定值。
啟動條件二，判斷仿真中發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)的輸出變量從故障清除時刻到現(xiàn)在的波形的振蕩周期和振蕩幅度是否滿足預(yù)先設(shè)定的要求，即判斷是否出現(xiàn)弱阻尼振蕩或者增幅振蕩情況，如出現(xiàn)，則滿足啟動條件二。
如滿足啟動條件一或者啟動條件二則進入步驟2)，否則繼續(xù)下一步長的電力系統(tǒng)機電暫態(tài)時域仿真，并重復(fù)本步驟的判斷，如果達到設(shè)定的仿真結(jié)束時間仍未進入步驟2，則進入步驟6；
圖1中步驟2描述的是，根據(jù)仿真中各步長的發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)的輸出變量信息，篩選仿真中的不穩(wěn)定控制系統(tǒng)，確定主導(dǎo)不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)及其所屬發(fā)電機。將確定主導(dǎo)不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)的時刻記為t1，記錄t1時刻的系統(tǒng)狀態(tài)，進入步驟3。
篩選仿真中的不穩(wěn)定控制系統(tǒng)并確定主導(dǎo)不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)及其所屬發(fā)電機的方法有方法一和方法二兩種。當發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)穩(wěn)定性自動診斷由啟動條件一啟動時，采用方法一，否則采用方法二。
方法一，計算仿真中發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)的輸出變量在每步長迭代收斂時和前一次迭代計算的差值delt，如果差值delt大于設(shè)定的門檻值，則選擇差值最大的控制系統(tǒng)c為影響系統(tǒng)不穩(wěn)定的主導(dǎo)因素，同時確定控制系統(tǒng)c所屬的發(fā)電機g為影響系統(tǒng)不穩(wěn)定的主導(dǎo)發(fā)電機；
方法二，根據(jù)仿真中發(fā)電機所屬控制系統(tǒng)的輸出變量從故障清除時刻到現(xiàn)在的波形的振蕩周期和振蕩幅度，篩選出具有弱阻尼振蕩或者增幅振蕩特性的變量，進一步選擇這些變量中均方差值最大的控制系統(tǒng)c為影響系統(tǒng)不穩(wěn)定的主導(dǎo)因素，同時確定控制系統(tǒng)c所屬的發(fā)電機g為影響系統(tǒng)不穩(wěn)定的主導(dǎo)發(fā)電機。
圖1中步驟3描述的是，通過戴維南等值法，以發(fā)電機g為端口，向輸電網(wǎng)內(nèi)看，將t1時刻的系統(tǒng)等值為發(fā)電機g通過等值阻抗與無窮大母線相連接的單機無窮大系統(tǒng)s，進入步驟4。
圖1中步驟4描述的是，按照已經(jīng)計算得到的在t1時刻的發(fā)電機g及其控制系統(tǒng)的狀態(tài)變量值，將單機無窮大系統(tǒng)s線性化，并對單機無窮大系統(tǒng)s進行特征根分析。根據(jù)計算得到的特征根、阻尼比、振蕩頻率，選擇振蕩能量最大的振蕩模式m為主導(dǎo)振蕩模式，計算控制系統(tǒng)c所有參數(shù)在該模式m下的阻尼比靈敏度，進入步驟5。
用α代表控制系統(tǒng)c的各參數(shù)，計算α的阻尼比靈敏度的方法為根據(jù)公式(1)計算待考察參數(shù)α的特征根靈敏度
圖1中步驟5描述的是，比較控制系統(tǒng)c所有參數(shù)在模式m下的阻尼比靈敏度，確定阻尼比靈敏度絕對值最大者為要調(diào)整的關(guān)鍵參數(shù)，將該關(guān)鍵參數(shù)記為α，繼續(xù)根據(jù)參數(shù)α的阻尼比靈敏度正負確定參數(shù)調(diào)整方向，阻尼比靈敏度大于零，則增大參數(shù)，阻尼比靈敏度小于零，則減小參數(shù)。在參數(shù)α原值基礎(chǔ)上根據(jù)模式m目前的阻尼比ξ目前和設(shè)定需要調(diào)整達到的阻尼比ξ設(shè)定，計算參數(shù)α的調(diào)整量，
圖1中步驟6描述的是，在設(shè)定的仿真時間內(nèi)，全網(wǎng)控制系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性，結(jié)束本方法。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但實施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護范圍。因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以本申請的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標準。