一种基于阻尼控制器参数滚动优化的电力系统小干扰稳定域边界拓展方法技术方案

本发明专利技术考虑阻尼控制器参数优化对有功注入空间小干扰稳定域边界的影响，具体涉及一种基于阻尼控制器参数滚动优化的电力系统小干扰稳定域边界拓展方法，该策略基于滚动优化的思路，通过不断在更新的预想边界点处匹配更新的阻尼控制器优化参数来逐步外拓实现小干扰稳定极限边界点的搜索，进一步得到小干扰稳定域极限边界。本发明专利技术结合工程实际，可适应于大电网互联背景下考虑阻尼控制器影响的系统安全稳定分析的需要。

A small signal stability domain boundary extension method for power system based on rolling optimization of damping controller parameters

The invention considers the influence of damping controller parameter optimization on the boundary of small disturbance stability region in active power injection space, and specifically relates to a rolling optimization based boundary expansion method for small disturbance stability region in power system. The strategy is based on rolling optimization and matches continuously at updated expected boundary points. The updated damping controller optimizes the parameters to gradually extend the stability limit of small disturbance to search for the boundary points, and further obtains the limit boundary of small disturbance stability region. Combining with engineering practice, the invention can be adapted to the requirement of system security and stability analysis considering the influence of damping controller under the background of interconnection of large power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种基于阻尼控制器参数滚动优化的电力系统小干扰稳定域边界拓展方法
本专利技术涉及一种基于阻尼控制器参数滚动优化的电力系统小干扰稳定域边界拓展方法。
技术介绍
由于我国跨区互联大电网工程的建设，大系统间弱互联并伴随快速高放大倍数励磁系统的大量投入使用，低频振荡问题已逐渐成为限制电网传输能力的瓶颈。小干扰稳定域表征了参数空间中所有能够保持系统小扰动稳定性的平衡点的集合，对系统的安全稳定分析有重要意义。近年来，对小干扰稳定域的研究逐步深入。有文献基于分岔理论，以状态矩阵特征根是否穿越虚轴为判断标准，对小干扰稳定域边界组成及结构特点进行了研究探讨，也有文献考虑到电网为保证安全稳定运行应保有一定的阻尼，进行了基于阻尼比的小干扰稳定域研究，通过临界阻尼的设置，提高了小干扰稳定域对于实际电力系统的实用性。但上述研究在发电机有功注入功率空间研究小干扰稳定域时，没有计及阻尼控制器参数变化对该空间的小干扰稳定域的影响。实际上，系统的小干扰稳定性不仅与发电机有功注入功率有关，阻尼控制器参数亦对其有着显著影响。为综合考虑阻尼控制器参数协调优化对小干扰稳定域边界拓展的影响，本专利技术基于滚动优化的思路，在逐步更新的边界点上进行新一轮的控制器参数优化，搜索小干扰稳定极限边界点，通过改变发电机出力方向进一步获取全有功注入空间的小干扰稳定域。
技术实现思路
本专利技术考虑阻尼控制器参数优化对小干扰稳定域边界点的影响，基于阻尼控制器参数滚动优化思路，通过逐步外拓实现小干扰稳定极限边界点的搜索，进一步得到小干扰稳定域极限边界。本专利技术结合工程实际，可适应于大电网互联背景下考虑阻尼控制器影响的系统安全稳定分析的需要。本专利技术的技术方案如下：一种基于阻尼控制器参数滚动优化的电力系统小干扰稳定域边界拓展方法，其特征在于，首先定义阻尼控制器安装于发电机G2和G3处，并选定发电机G1和G2有功出力为可调变量构成二维空间，每轮外拓所得到的预想边界点为：边界点1，边界点2，···边界点n；具体情况如下：考虑阻尼控制器传递函数：其中，下标DC代表阻尼控制器(dampingcontroller)，p为微分算子，KDC为阻尼控制器放大倍数，T5为复位环节时间常数，T1、T2为相位校正环节时间常数；建立多阻尼控制器参数协调优化模型，具体地，以阻尼控制器参数为优化变量，以保证机电模式中最小阻尼比最大化为优化目标，考虑阻尼控制器参数物理意义约束；具体包括：步骤1，确定系统初始运行情况，由此得到初始运行点；步骤2，基于初始运行点，根据设置的优化变量初始值(可取约束条件中的上下限中点值)，通过智能优化算法求解所建立的优化模型得到一组最优控制器参数组合P；步骤3，基于所得最优阻尼控制器参数组合，沿一固定出力方向改变发电机出力，不断计算机电模式阻尼比值至其达到事先设定的阈值(称之为临界阻尼)，记此时的运行点为预想边界点M；步骤4，在预想边界点M处，基于所建立协调优化模型重新进行阻尼控制器参数寻优，更新最优阻尼控制器参数组合，得到P’；步骤5，若在新的最优阻尼控制器参数组合下，系统的最小阻尼大于5.05％(为保障系统动态性能，系统临界阻尼比取为5％，并在此临界值基础上考虑0.01的误差为判断标准)，说明系统阻尼仍保有一定的阻尼能力，未达极限边界点，则从步骤3开始重复循环，改变发电机出力，更新预想边界点；步骤6，若新的最优阻尼控制器参数组合下，系统的最小阻尼比低于设定值(如5.05％)，说明系统阻尼已经无法通过阻尼控制器优化继续提升或者可调空间已经很小，认为已达该方向的极限边界点；步骤7，改变发电机出力方向，重新按照步骤3到步骤6的流程搜索新方向的极限边界点，当以选定步长(如以角度定义，可取步长为5°)遍历发电机有功注入空间内所有方向时，可得到经滚动优化拓展的小干扰稳定域。因此，本专利技术创造性地以对阻尼控制器参数滚动优化的方式来进一步拓展小干扰稳定域边界，适应于大电网互联背景下考虑阻尼控制器影响的系统安全稳定分析的需要。附图说明附图1是4机2区域系统结构图.附图2是30°,45°和60°滚动优化效果图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：本实施例以常见的阻尼控制器PSS为例对本专利技术的思想进行详细说明。算例选为4机2区典型系统，如附图1所示，PSS安装于发电机G2和G3处。选定G1、G2有功出力为可调变量构成二维空间，基于所提滚动优化策略沿1:1射线(45°)增长方向进行小干扰稳定极限边界点的搜索。为方便理解，记每轮外拓所得到的预想边界点为：边界点1，边界点2，···。具体情况如下：考虑PSS传递函数：其中，p为微分算子，KPSS为PSS放大倍数，T5为复位环节时间常数，T1、T2为相位校正环节时间常数。首先，建立多阻尼控制器参数协调优化模型。以PSS放大倍数KPSS、相位校正环节时间常数T1为优化变量：x＝(KPSS1,KPSS2,T11,T12)(2)其中，KPSS1、KPSS2为PSS放大倍数，T11,T12为不同PSS的相位校正环节时间常数。以保证机电模式中的最小阻尼比最大化为优化目标：J＝max(min(ε(x)i,i∈S))(3)其中，εi为第i个机电振荡模式的阻尼比，S为所有机电振荡模态的集合。约束条件为各待优化参数可调范围：KPSSmin、KPSSmax和T1min、T1max分别为KPSSi与T1i的上下限约束。采用改进的PGSA作为优化算法进行求解。为搜索边界点1，在初始运行点处，通过建立的多PSS参数协调优化模型得一组最优PSS参数组合，如表1所示：表1初始优化参数取值情况边界点1搜寻：从初始运行点出发沿1:1射线增长方向增加发电机出力直至某一机电模式阻尼比下降到临界值以下时，可得边界点1，在该状态下，系统各机电模式基本信息如表2所示。表2边界点1基本信息由表2中数据可见，此时模式3阻尼比至临界值5.06％。根据所提滚动优化策略，在边界点1处重新进行PSS参数寻优，更新最优PSS参数组合，如表3所示。表3更新后优化参数取值情况采取该PSS参数组合优化后，此时系统各机电模式信息如表4中所示：表4新参数下优化效果显然可见，经IPGSA优化后具有最小阻尼比的模式3的阻尼比由5.06％提升到了5.48％。也说明了此时系统并未达到该方向(45°)上的极限边界。采用更新的PSS参数组合，从边界点1继续沿45°方向增长发电机出力，直至到新的边界点(0.918556p.u.，0.918556p.u.)，记为边界点2。根据所提策略，继续在边界点2处进行PSS参数寻优，更新最优PSS参数组合，而后重复增长发电机出力寻找新的边界点的过程，直至配置更新的PSS优化参数后系统的最小阻尼比低于5.05％，则输出最终结果。根据所提策略，在PSS参数(1.4078，1，2.5000，1.0000)下，在45°方向上系统到达边界点5，所对应各机电模式具体信息如表5所示：表5边界点5信息而当根据所提策略继续在边界点5(0.928667p.u.，0.928667p.u.)处进行搜寻最优PSS参数组合时，所得最优参数结果见表6、相应振荡模式信息见表7。表6更新后优化参数取值情况表7新参数下优化效果由表6和表7对比可得，系统机电模式最小阻尼比仅从5％提升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阻尼控制器参数滚动优化的电力系统小干扰稳定域边界拓展方法，其特征在于，定义阻尼控制器安装于发电机G2和G3处，并选定发电机G1和G2有功出力为可调变量构成二维空间，每轮外拓所得到的预想边界点为：边界点1，边界点2，···边界点n；具体情况如下：考虑阻尼控制器传递函数：

【技术特征摘要】
1.一种基于阻尼控制器参数滚动优化的电力系统小干扰稳定域边界拓展方法，其特征在于，定义阻尼控制器安装于发电机G2和G3处，并选定发电机G1和G2有功出力为可调变量构成二维空间，每轮外拓所得到的预想边界点为：边界点1，边界点2，···边界点n；具体情况如下：考虑阻尼控制器传递函数：其中，下标DC代表阻尼控制器，p为微分算子，KDC为阻尼控制器放大倍数，T5为复位环节时间常数，T1、T2为相位校正环节时间常数；建立多阻尼控制器参数协调优化模型，具体地，以阻尼控制器参数为优化变量，以保证机电模式中最小阻尼比最大化为优化目标，考虑阻尼控制器参数物理意义约束；具体包括：步骤1，确定系统初始运行情况，由此得到初始运行点；步骤2，基于初始运行点，根据设置的优化变量初始值，通过智能优化算法求解所建立的优化模型得到一组最优控制器参数组合P；步骤3，基于所得...

【专利技术属性】
技术研发人员：林涛，盛逸标，陈汝斯，陈宝平，刘林，
申请(专利权)人：武汉大学，国家电网有限公司，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42