一种SVC控制器PI参数优化方法技术

本发明专利技术公开了一种SVC控制器PI参数优化方法，该方法建立包含被优化SVC及电网的电磁暂态模型，采用线性化方法，求取系统的电磁振荡模式，以及SVC在阶跃信号激励下的输出无功功率响应。以SVC输出无功功率响应曲线上升时间、稳定时间作为电压调节性能指标，以系统电磁振荡模态阻尼水平为电磁振荡抑制能力指标，建立综合优化指标函数。以SVC控制器PI参数为优化对象，结合该综合优化指标函数，建立优化数学模型，采用智能算法进行参数优化，为通过优化SVC控制器PI参数抑制电磁振荡提供了技术手段。

【技术实现步骤摘要】
一种SVC控制器PI参数优化方法
本专利技术属于静止无功补偿器(SVC)控制系统参数调节
，具体地说是涉及一种兼顾调压性能和电磁振荡抑制的SVC控制器PI参数优化方法。
技术介绍
SVC的基本任务根据母线电压的变化，自动调节SVC无功功率输出，使得母线电压到达设定值，同时在暂态过程中为电网提供无功功率支撑。SVC的控制参数选择是否得当直接决定了SVC电压调节性能的优劣。不合理的参数选择会导致SVC电压控制性能不佳，限制其对电网电压的支撑作用，并存在严重的安全问题。尤其是在弱电网或弱电网联网工程中易引发系统振荡。不同于一般机电振荡，该振荡主要特点在于机电暂态无法模拟，只能通过电磁暂态分析发现。其振荡频率往往超过低频振荡频率范围，在5—250Hz甚至更高频率均有可能，主要与电力系统的LC参数以及SVC的PI控制器参数相关。现有文献和方法主要在于SVC附加阻尼控制器参数优化，鲜有对SVC电压控制环PI控制参数不当引发电力系统电磁振荡的报道。SVC电压控制环PI控制参数调节，主要依靠试凑法进行。一方面，快速的电压控制性能要求较大的PI参数；另一方面，前述电磁振荡的抑制又要求较小的PI参数，两者相互矛盾。当前，尚无技术方法可兼顾SVC电磁振荡抑制和电压调节性能，给SVC及电网运行带来极大安全风险。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术空白，提出一种兼顾调压性能和电磁振荡抑制的SVC控制器PI参数优化方法，为通过优化SVC控制器PI参数抑制电磁振荡提供了技术手段。本方法建立包含被优化SVC及电网的电磁暂态模型，采用线性化方法，求取系统的电磁振荡模式，以及SVC在阶跃信号激励下的输出无功功率响应。以SVC输出无功功率响应曲线上升时间、稳定时间作为电压调节性能指标，以系统电磁振荡模态阻尼水平为电磁振荡抑制能力指标，建立综合优化指标函数。以SVC控制器PI参数为优化对象，结合该综合优化指标函数，建立优化数学模型，采用智能算法进行参数优化。为实现上述专利技术目的，本申请提供了一种SVC控制器PI参数优化方法，所述方法包括：步骤1：读取待优化参数的SVC调节系统模型和除PI之外的所有SVC参数、电网等值系统参数；步骤2：初始化SVC控制器PI参数；步骤3：计算含SVC的电力系统电磁振荡模式，求取电磁振荡模式阻尼指标；步骤4：建立SVC无功电压响应仿真模型，在SVC控制系统电压参考信号上施加一定的电压阶跃扰动，启动仿真求取SVC输出无功功率响应，计算无功功率曲线上升时间和稳定时间；步骤5：基于反映SVC电压调节性能的指标函数和反映SVC电磁振荡抑制能力的指标函数，获得抑制电磁振荡的SVC控制器PI参数优化综合目标函数；基于抑制电磁振荡的SVC控制器PI参数优化综合目标函数，对SVC控制器PI参数进行优化；步骤6：判断综合优化目标函数是否小于某一阈值或达到优化计算次数上限，若是则结束SVC参数优化流程，获得最优PI参数；若否则返回步骤3继续计算。进一步的，步骤1读取的参数具体包括：待优化SVC一次电路参数和SVC接入点近区电网参数。进一步的，步骤2具体包括：对SVC控制器PI参数进行初始化，确定衡量SVC无功电压调节性能指标权重系数k1、k2；确定SVC无功电压调节性能与电磁振荡阻尼水平指标综合权重系数m1、m2；确定各个振荡模式的权重系数Pn。进一步的，SVC模型具体为：式(1)中，ITCR＝[ITCRdITCRq]T，Uldq＝[UldUlq]T，其中ω0是参考频率，ITCRd、ITCRq分别是TCR的d、q轴电流分量，Uld、Ulq分别是SVC控制母线电压的d、q轴电流分量，Uref是SVC的参考电压，BTCR是TCR的导纳，Kp、Ki分别是SVC的控制器比例增益和积分增益，Tv是SVC惯性环节的时间常数，s为微分算子。进一步的，含SVC的电磁振荡模式计算包括：对包含电感、电容和SVC的系统方程进行线性化，设所有的状态变量构成相量y，最终将方程线性化为：BΔy＝AΔy(2)式(2)中，B为对角矩阵，代数方程对应的对角元是0；该系统特征值问题可转化为(A,B)的广义特征值问题；SVC接入系统后的电磁振荡模式即可通过该广义特征值计算得出；系统电磁振荡模式特征值可表示为λ＝σ±jω形式，其对应的阻尼比为振荡频率为其中σ为衰减系数，ω为角频率。进一步的，反映SVC电压调节性能的指标函数J1(K)定义为：J1(K)＝k1T0.9+k2Ts(3)式(3)中，J1(K)表示SVC在PI参数向量K＝[Kp,Ki]取值下的电压调节性能指标函数，T0.9表示自压差超过电压调节死区开始至SVC输出无功功率达到90％目标值的上升时间，Ts表示自压差超过电压调节死区开始至SVC输出无功功率达到稳定所经历的时间，K1表示无功功率上升时间权重系数，k2表示无功功率稳定时间权重系数；反映SVC电磁振荡抑制能力的指标函数J2(K)定义为：式(4)中，J2(K)表示关注的电磁暂态振荡模式频带范围内，所有模式阻尼比之和；fn为第n个电磁振荡模式频率；fmax为关注的振荡频率上限；ξn为对应振荡频率下的阻尼比；pn是各个振荡模式的权重系数；定义抑制电磁振荡的SVC控制器PI参数优化综合目标函数J(K)为J(K)＝m1J1(K)+m2J2(K)(5)式(5)中，J(K)表示在电磁振荡模式阻尼水平ξ>0条件下，SVC的无功电压调节性能与电磁振荡抑制能力的综合评价指标函数；m1、m2分别表示SVC的无功电压调节性能指标权重、电磁振荡抑制能力指标权重；确定优化的目标函数为：找到适当的PI控制器参数K*，使得综合目标函数最小：K*＝argminJ(K)(6)进一步的，所述方法还包括对PI参数适应性校核，具体包括：建立含SVC的电网全电磁暂态仿真模型；考虑电网大、小运行方式，及各方式下的线路N-1和N-2故障，发电机组无故障甩负荷故障，对SVC抑制系统电磁振荡和无功电压响应性能进行校核。本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本专利技术提出一种兼顾SVC无功电压调节性能和电磁振荡抑制的SVC控制器PI参数优化方法，定义了综合衡量SVC无功电压调节性能和电磁振荡阻尼水平的量化评估指标，并采用优化算法进行SVC控制器PI参数优化的方法，为以考虑无功电压调节性能和电磁振荡抑制为目标的SVC控制器PI参数优化提供了技术手段。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定；图1a为SVC详细接线图；图1b为SVC简化接线图；图2为SVC控制器简化传递函数框图；图3为SVC控制器PI参数优化流程图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。请参考图1-图3，本专利技术提出的一种兼顾调压性能和电磁振荡抑制的SVC控制器PI参数优化方法，包括：1)电网基础资料收集1-1)待本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SVC控制器PI参数优化方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：读取待优化参数的SVC调节系统模型和除PI之外的所有SVC参数、电网等值系统参数；步骤2：初始化SVC控制器PI参数；步骤3：计算含SVC的电力系统电磁振荡模式，求取电磁振荡模式阻尼指标；步骤4：建立SVC无功电压响应仿真模型，在SVC控制系统电压参考信号上施加一定的电压阶跃扰动，启动仿真求取SVC输出无功功率响应，计算无功功率曲线上升时间和稳定时间；步骤5：基于反映SVC电压调节性能的指标函数和反映SVC电磁振荡抑制能力的指标函数，获得抑制电磁振荡的SVC控制器PI参数优化综合目标函数；基于抑制电磁振荡的SVC控制器PI参数优化综合目标函数，对SVC控制器PI参数进行优化；步骤6：判断综合优化目标函数是否小于某一阈值或达到优化计算次数上限，若是则结束SVC参数优化流程，获得最优PI参数；若否则返回步骤3继续计算。

【技术特征摘要】
1.一种SVC控制器PI参数优化方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：读取待优化参数的SVC调节系统模型和除PI之外的所有SVC参数、电网等值系统参数；步骤2：初始化SVC控制器PI参数；步骤3：计算含SVC的电力系统电磁振荡模式，求取电磁振荡模式阻尼指标；步骤4：建立SVC无功电压响应仿真模型，在SVC控制系统电压参考信号上施加一定的电压阶跃扰动，启动仿真求取SVC输出无功功率响应，计算无功功率曲线上升时间和稳定时间；步骤5：基于反映SVC电压调节性能的指标函数和反映SVC电磁振荡抑制能力的指标函数，获得抑制电磁振荡的SVC控制器PI参数优化综合目标函数；基于抑制电磁振荡的SVC控制器PI参数优化综合目标函数，对SVC控制器PI参数进行优化；步骤6：判断综合优化目标函数是否小于某一阈值或达到优化计算次数上限，若是则结束SVC参数优化流程，获得最优PI参数；若否则返回步骤3继续计算。2.根据权利要求1所述的SVC控制器PI参数优化方法，其特征在于，步骤1读取的参数具体包括：待优化SVC一次电路参数和SVC接入点近区电网参数。3.根据权利要求1所述的SVC控制器PI参数优化方法，其特征在于，步骤2具体包括：对SVC控制器PI参数进行初始化，确定衡量SVC无功电压调节性能指标权重系数k1、k2；确定SVC无功电压调节性能与电磁振荡阻尼水平指标综合权重系数m1、m2；确定各个振荡模式的权重系数Pn。4.根据权利要求1所述的SVC控制器PI参数优化方法，其特征在于，SVC模型具体为：式(1)中，ITCR＝[ITCRdITCRq]T，Uldq＝[UldUlq]T，其中ω0是参考频率，ITCRd、ITCRq分别是TCR的d、q轴电流分量，Uld、Ulq分别是SVC控制母线电压的d、q轴电流分量，Uref是SVC的参考电压，BTCR是TCR的导纳，Kp、Ki分别是SVC的控制器比例增益和积分增益，Tv是SVC惯性环节的时间常数，s为微分算子。5.根据权利要求1所述的SVC控制器PI参数优化方法，其特征在于，含SVC的电磁振荡模式计算包括：对包含电感、电容和SVC的系统方程进行线...

【专利技术属性】
技术研发人员：史华勃，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51