一种采用超前控制器的超低频振荡抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种采用超前控制器的超低频振荡抑制方法，包括：S1、根据原动系统开环传递函数、发电机模型在复频域内的传递函数和超前控制器，得到单机系统的闭环特征方程H(s)；S2、分离闭环特征方程变量，得到超前控制器的等效开环传函数GW(s)；S3、绘制等效开环传递函数的根轨迹，记根轨迹与虚轴的交点为A；S4、令A点坐标为(0，ω)，其对应的水锤效应系数Tw的值为Tw_max，并令超前控制器参数Z＝1，带入单机系统的闭环特征方程H(s)中，计算得到超前控制器的传递函数G超前(s)；S5、通过4机2区域仿真算例，验证超前控制器对抑制超低频振荡现象的适用性和有效性。

An Ultra-Low Frequency Oscillation Suppression Method Using Advance Controller

【技术实现步骤摘要】
一种采用超前控制器的超低频振荡抑制方法
本专利技术属于电力系统的
，具体涉及一种采用超前控制器的超低频振荡抑制方法。
技术介绍
2016年，云南与南方主网异步联网验证性实验过程中，云南电网出现振荡频率低于0.1Hz的持续振荡现象，即超低频振荡。超低频振荡与传统低频振荡不同，是由频率调节过程中小干扰引起的全网同调振荡，属于频率稳定范畴。早在20世纪60-70年代加拿大电网就存在超低频振荡现象，部分学者针对此现象进行了基础理论研究。近年来美国西北太平洋系统、土耳其电网以及哥伦比亚电网都相继发生了频率低于0.1Hz的超低频振荡现象。超低频振荡现象会严重威胁电网的安全稳定运行，因此研究超低频振荡的作用机理和影响因素对电力系统的频率稳定性具有重要意义。近几年对于电力系统超低频振荡的研究主要集中在切除容量较大、对超低频振荡参与度较高的水电机组的调速系统和优化调速器参数以减小原动系统的负阻尼作用从而使系统总阻尼为正来抑制超低频振荡。然而，采用上述做法会牺牲调速系统的一次调频性能，对电网频率稳定不利。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种采用超前控制器的超低频振荡抑制方法，以解决或改善上述的问题。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种采用超前控制器的超低频振荡抑制方法，其包括：S1、根据原动系统开环传递函数、发电机模型在复频域内的传递函数和超前控制器，得到单机系统的闭环特征方程H(s)；S2、分离闭环特征方程变量，得到超前控制器的等效开环传函数GW(s)；S3、绘制等效开环传递函数的根轨迹，记根轨迹与虚轴的交点为A；S4、令A点坐标为(0，ω)，其对应的水锤效应系数Tw的值为Tw_max，并令超前控制器参数Z＝1，带入单机系统的闭环特征方程H(s)中，计算得到超前控制器的传递函数G超前(s)；S5、通过4机2区域仿真算例，验证超前控制器对抑制超低频振荡现象的适用性和有效性。优选地，原动系统开环传递函数为：其中，KP、KI、KD分别为调速器的比例、积分和微分系数；BP为调差系数；TD为微分环节时间常数；KP1为电液伺服系统的比例系数；To为油动机开启时间常数；T2为反馈环节时间常数；TW为水锤效应时间常数。优选地，发电机模型在复频域内的传递函数为：其中，TJ为发电机的惯性时间常数；D为发电机阻尼系数；ΔPm为机械功率变化量；Δω为转速变化量。优选地，超前控制器为：其中，z和p分别为超前控制器的参数。优选地，单机系统的闭环特征方程H(s)为：H(s)＝(1-TWs)(s-z)[(KD+KPTD)s2+(KP+KITD)s+KI]×(Kp1T2s+Kp1)+(1+0.5TWs)(s-p)[TDs2+(BPKITD+1)s+BPKI](T0T2s2+T0s+Kp1)(TJs+D)＝0随着水锤效应系数Tw的增大，系统相位出现严重滞后，故令Tw为系统开环参数，则H(s)改写为：A(s)+TWB(s)＝0其中，A(s)＝((KD+KPTD)s2+(KP+KITD)s+KI)×(Kp1T2s+Kp1)(s-z)+(TDs2+(BPKITD+1)s+BPKI)×(T0T2s2+T0s+Kp1)(TJs+D)(s-p)B(s)＝-s((KD+KPTD)s2+(KP+KITD)s+KI)(Kp1T2s+Kp1)(s-z)+0.5s(TDs2+(BPKITD+1)s+BPKI)(T0T2s2+T0s+Kp1)(TJs+D)(s-p)。优选地，超前控制器的等效开环传函数GW(s)为：优选地，步骤S3中首先令z＝p，绘制以Tw为开环增益的根轨迹，然后令z≠p，重复同样操作，得到超前控制器加入前后的系统根轨迹曲线。优选地，将根轨迹与虚轴相交的点A作为控制临界点，令A点坐标为(0，ω)，其对应的水锤效应系数Tw的值为Tw_max，并令超前控制器参数Z＝1，并将p>z＝1带入单机系统的闭环特征方程H(s)中，计算得到超前控制器的传递函数G超前(s)：本专利技术提供的采用超前控制器的超低频振荡抑制方法，具有以下有益效果：本专利技术从原动系统线性化模型出发，通过参数根轨迹分析了超前控制器抑制超低频振荡的原理，提出控制器的设计方法，并通过4机2区域仿真算例，验证了超前控制器对抑制超低频振荡现象具有很强的适用性和有效性，同时也具备一定的解决实际问题的能力。附图说明图1为采用超前控制器的超低频振荡抑制方法的超前控制器设计流程图。图2为采用超前控制器的超低频振荡抑制方法的原动系统线性化模型。图3为采用超前控制器的超低频振荡抑制方法的水电机组的幅频特性曲线。图4为采用超前控制器的超低频振荡抑制方法的原动系统的阻尼特性。图5为采用超前控制器的超低频振荡抑制方法的含有超前补偿器的控制系统模型。图6为采用超前控制器的超低频振荡抑制方法的控制器加入前后的系统根轨迹曲线。图7为采用超前控制器的超低频振荡抑制方法的加入控制器前后系统转速偏差变化。图8为采用超前控制器的超低频振荡抑制方法的不同Tw参数对系统频率的影响。图9为采用超前控制器的超低频振荡抑制方法的加入控制器后在不同Tw下系统频率的变化。图10为采用超前控制器的超低频振荡抑制方法的区域1传输到区域2的有功功率振荡情况。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的采用超前控制器的超低频振荡抑制方法，包括：S1、根据原动系统开环传递函数、发电机模型在复频域内的传递函数和超前控制器，得到单机系统的闭环特征方程H(s)；S2、分离闭环特征方程变量，得到超前控制器的等效开环传函数GW(s)；S3、绘制等效开环传递函数的根轨迹，记根轨迹与虚轴的交点为A；S4、令A点坐标为(0，ω)，其对应的水锤效应系数Tw的值为Tw_max，并令超前控制器参数Z＝1，带入单机系统的闭环特征方程H(s)中，计算得到超前控制器的传递函数G超前(s)；S5、通过4机2区域仿真算例，验证超前控制器对抑制超低频振荡现象的适用性和有效性。以下对上述各个步骤进行详细描述水轮机控制系统模型，为研究超低频振荡的性质，防止简化模型对实际振荡参数分析造成的巨大误差，本专利技术选择较为复杂的水电机组电调型调速器模型，其具体组成包括由PSD-BPA中的GM和GM+卡描述的调速器模型、GA卡描述的电液伺服系统模型以及TW卡描述的原动机模型。其中电液伺服系统中的积分和微分常数一般设置为0。由此得到适用于超低频振荡研究的原动系统线性化模型，参考图2，可得到原动系统开环传递函数为：其中，KP、KI、KD分别为调速器的比例、积分和微分系数；BP为调差系数；TD为微分环节时间常数；KP1为电液伺服系统的比例系数；To为油动机开启时间常数；T2为反馈环节时间常数；TW为水锤效应时间常数，满载时一般取值为0.5～4.0s。发电机转速受机械功率和电磁功率共同作用，反映在转子运动方程上为：引入拉普拉斯算子s，将式(2)在复频域内展开，可得发电机模型的传递函数为：其中，T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用超前控制器的超低频振荡抑制方法，其特征在于，包括：S1、根据原动系统开环传递函数、发电机模型在复频域内的传递函数和超前控制器，得到单机系统的闭环特征方程H(s)；S2、分离闭环特征方程变量，得到超前控制器的等效开环传函数GW(s)；S3、绘制等效开环传递函数的根轨迹，记根轨迹与虚轴的交点为A；S4、令A点坐标为(0，ω)，其对应的水锤效应系数Tw的值为Tw_max，并令超前控制器参数Z＝1，带入单机系统的闭环特征方程H(s)中，计算得到超前控制器的传递函数G超前(s)；S5、通过4机2区域仿真算例，验证超前控制器对抑制超低频振荡现象的适用性和有效性。

【技术特征摘要】
1.一种采用超前控制器的超低频振荡抑制方法，其特征在于，包括：S1、根据原动系统开环传递函数、发电机模型在复频域内的传递函数和超前控制器，得到单机系统的闭环特征方程H(s)；S2、分离闭环特征方程变量，得到超前控制器的等效开环传函数GW(s)；S3、绘制等效开环传递函数的根轨迹，记根轨迹与虚轴的交点为A；S4、令A点坐标为(0，ω)，其对应的水锤效应系数Tw的值为Tw_max，并令超前控制器参数Z＝1，带入单机系统的闭环特征方程H(s)中，计算得到超前控制器的传递函数G超前(s)；S5、通过4机2区域仿真算例，验证超前控制器对抑制超低频振荡现象的适用性和有效性。2.根据权利要求1所述的采用超前控制器的超低频振荡抑制方法，其特征在于，所述原动系统开环传递函数为：其中，KP、KI、KD分别为调速器的比例、积分和微分系数；BP为调差系数；TD为微分环节时间常数；KP1为电液伺服系统的比例系数；To为油动机开启时间常数；T2为反馈环节时间常数；TW为水锤效应时间常数。3.根据权利要求1所述的采用超前控制器的超低频振荡抑制方法，其特征在于，所述发电机模型在复频域内的传递函数为：其中，TJ为发电机的惯性时间常数；D为发电机阻尼系数；ΔPm为机械功率变化量；Δω为转速变化量。4.根据权利要求1所述的采用超前控制器的超低频振荡抑制方法，其特征在于，所述超前控制器为：其中，z和p分别为超前控制器的参数。5.根据权利要求1所述的采用超前控制器的超低频振荡抑制方法，其特征在于，所述单机系统的闭环特征方程H(s)为：H(s)＝(1-TWs)(s-z)[(KD+...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德林，李振鹏，陈要光，廖佳思，牛景瑶，康积涛，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51