本发明专利技术公开了一种柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制方法及装置，属于发电机励磁控制系统技术领域。本发明专利技术考虑系统电压、功角和限幅释放时间，构成可变限幅的切换判据，当系统电压、功角偏移量超出参考值后，提高定子侧无功注入与转子侧励磁电压的水平，实现双通道电压功角稳定控制。如此，本发明专利技术在传统励磁系统的基础上实现了双通道阻尼与暂态电压支撑的效果，其中整流器在机端无功注入的时间常数小，提高了无功补偿的快速性，励磁侧无功支撑的惯性时间常数大、容量高，提高了系统运行的稳定性。的稳定性。的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制方法及装置
[0001]本专利技术属于发电机励磁控制系统
，更具体地，涉及一种柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制方法及装置。
技术介绍
[0002]励磁系统是同步发电机的重要组成成分，对于维持发电机稳定运行具有重要作用，发电机励磁系统可以维持发电机机端电压，实现并列运行的发电机间无功功率的合理分配，并且可以提高电力系统的稳定性。选择合适的励磁方式对于保证励磁系统性能具有重要作用。目前同步发电机多采用自并励励磁方式，其励磁电源取自发电机机端，经励磁变压器及可控硅整流器供给发电机励磁，励磁响应时间短，对发电机端电压的调节速度快，对提升系统小干扰稳定性和大干扰稳定性能力突出，另外，由于其功率单元没有旋转部件，轴系短，轴承座少，故对减少机组振动和扭振十分有利。但是，常规的自并励励磁系统采用晶闸管整流，晶闸管属于半控器件，只能维持直流电压稳定，不能向机端反馈无功；另外，常规励磁系统在面临低频振荡等问题时，抑制振荡的效果有限。针对于目前各地电网中新能源占比不断提升的情况，提出的柔性励磁系统采用全控器件IGBT三电平整流，H桥斩波，能够为机端提供无功注入，且定转子侧通过直流连接，解耦控制。
[0003]综合而言，常规励磁系统的AVR+PSS控制策略具有明显的工程优势，但由于其无功支撑通道仅有一条，难以应对新能源占比过高时电网电压的功角振荡抑制问题。柔性励磁系统提供了双通道无功注入，但常规最优控制策略的限幅固定，限制了设备的能力。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制方法及装置，旨在结合柔性励磁系统在阻尼抑制和暂态支撑方面的优势，提出一种智能变限幅控制策略，该策略对传统的限幅方式做出改进，同时考虑系统电压、功角和限幅释放时间，构成可变限幅的切换判据，当系统电压、功角偏移量超出参考值后，提高定子侧无功注入与转子侧励磁电压的水平，实现双通道电压功角稳定控制，从而提高系统运行可靠性，提高系统稳定运行水平。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制方法，包括以下步骤：
[0006]S1，设置系统的控制变量的初始限幅值，所述控制变量包括无功注入和励磁电压；S2，采集系统电压和功角，当判断系统处于扰动状态时，将所述控制变量的限幅值切换为第一限幅值，并以切换后的限幅值对所述控制变量进行限幅处理；其中，所述第一限幅值大于所述初始限幅值，所述系统处于扰动状态指的是：系统电压偏移量大于电压偏移参考值或系统功角偏移量大于功角偏移参考值；S3，当系统恢复到稳定状态，或系统处于扰动状态的持续时间超过预设时间时，将所述控制变量的限幅值切换为所述初始限幅值，并以切换后的限幅值对所述控制变量进行限幅处理。
[0007]进一步地，所述S2中，当系统处于扰动状态时，将所述控制变量的限幅值切换为第一限幅值，具体为：当系统处于扰动状态时，根据系统电压和功角的偏移量，建立模糊控制规则，以此确定第一限幅值；并将所述控制变量的限幅值切换为第一限幅值。
[0008]进一步地，所述S1还包括：设置系统的控制变量的初始权矩阵R0；所述S2中，以切换后的限幅值对所述控制变量进行限幅处理，具体为：确定第一限幅值后，根据极小值原理，结合控制变量的权矩阵R，求解得到系统的最优控制变量；其中，U
max
为第一限幅值，k为正整数。
[0009]进一步地，若实际的控制变量超过第一限幅值时，以所述第一限幅值作为最优控制变量；否则，以实际的控制变量作为最优控制变量。
[0010]进一步地，所述预设时间为2～5s。
[0011]另一方面，为实现上述目的，本专利技术还提供了一种柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制装置，包括：
[0012]初始化模块，用于设置系统的控制变量的初始限幅值，所述控制变量包括无功注入和励磁电压；
[0013]第一切换模块，用于采集系统电压和功角，当判断系统处于扰动状态时，将所述控制变量的限幅值切换为第一限幅值，并以切换后的限幅值对所述控制变量进行限幅处理；其中，所述第一限幅值大于所述初始限幅值，所述系统处于扰动状态指的是：系统电压偏移量大于电压偏移参考值或系统功角偏移量大于功角偏移参考值；
[0014]第二切换模块，用于当系统恢复到稳定状态，或系统处于扰动状态的持续时间超过预设时间时，将所述控制变量的限幅值切换为所述初始限幅值，并以切换后的限幅值对所述控制变量进行限幅处理。
[0015]进一步地，所述第一切换模块，还用于当系统处于扰动状态时，根据系统电压和功角的偏移量，建立模糊控制规则，以此确定第一限幅值；并将所述控制变量的限幅值切换为第一限幅值。
[0016]进一步地，所述初始化模块，还用于设置系统的控制变量的初始权矩阵R0；所述第一切换模块，还用于确定第一限幅值后，根据极小值原理，结合控制变量的权矩阵R，求解得到系统的最优控制变量；其中，U
max
为第一限幅值，k为正整数。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0018](1)常规的二次型最优控制，在大扰动情况下，无功注入受到最大值的限制；而事实上，励磁变完全能够承受短时间大的冲击，适时放开限幅，有利于充分利用设备的能力，提高综合性能。基于此，本专利技术提供了一种柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制方法，考虑系统电压、功角和限幅释放时间，构成可变限幅的切换判据，当系统电压、功角偏移量超出参考值后，提高定子侧无功注入与转子侧励磁电压的水平，实现双通道电压功角稳定控制。如此，本专利技术在传统励磁系统的基础上实现了双通道阻尼与暂态电压支撑的效果，其中整流器在机端无功注入的时间常数小，提高了无功补偿的快速性，励磁侧无功支撑的惯性时间常数大、容量高，提高了系统运行的稳定性。
[0019](2)本专利技术在模糊控制的框架下，能够在不同的扰动程度下根据模糊规则实时改
变权矩阵和实际限幅值，实现自适应控制。
[0020](3)本专利技术考虑到当系统长时间处于低电压状态时，无功注入限幅不能够长时间放开，因此当系统处于低电压状态的持续时间超过预设时间后，自动过渡到小限幅状态，保障设备的安全性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例提供的柔性励磁系统结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制方法的流程图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的采用模糊规则的可变限幅控制器结构图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的低电压穿越过程的限幅控制中系统电压、系统功角、无功注入限幅值和励磁电压限幅值的变化曲线图；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的模糊控制效果图；其中，(a)为三维视图，(b)为功角偏移ΔPeo与电压偏移ΔUt关系图，(c)为限幅值Umax与电压偏移ΔUt关系图，(d)为限幅值Umax与功角偏移ΔPeo关本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，设置系统的控制变量的初始限幅值，所述控制变量包括无功注入和励磁电压；S2，采集系统电压和功角，当判断系统处于扰动状态时，将所述控制变量的限幅值切换为第一限幅值，并以切换后的限幅值对所述控制变量进行限幅处理；其中，所述第一限幅值大于所述初始限幅值，所述系统处于扰动状态指的是：系统电压偏移量大于电压偏移参考值或系统功角偏移量大于功角偏移参考值；S3，当系统恢复到稳定状态，或系统处于扰动状态的持续时间超过预设时间时，将所述控制变量的限幅值切换为所述初始限幅值，并以切换后的限幅值对所述控制变量进行限幅处理。2.根据权利要求1所述的柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制方法，其特征在于，所述S2中，当系统处于扰动状态时，将所述控制变量的限幅值切换为第一限幅值，具体为：当系统处于扰动状态时，根据系统电压和功角的偏移量，建立模糊控制规则，以此确定第一限幅值；并将所述控制变量的限幅值切换为第一限幅值。3.根据权利要求1或2所述的柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制方法，其特征在于，所述S1还包括：设置系统的控制变量的初始权矩阵R0；所述S2中，以切换后的限幅值对所述控制变量进行限幅处理，具体为：确定第一限幅值后，根据极小值原理，结合控制变量的权矩阵R，求解得到系统的最优控制变量；其中，U
max
为第一限幅值，k为正整数。4.根据权利要求3所述的柔性励磁系统的变限幅电压无功协调控制方法，其特征在于，若实际的控制变量超过第一限幅值时，以所述第一限...
【专利技术属性】
技术研发人员：楼伯良，彭宇维，张建承，熊鸿韬，华文，毛承雄，张甜甜，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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