【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应预测控制系统的电网区域振荡抑制方法
[0001]本专利技术属于电力系统运行与控制
，尤其涉及一种基于自适应预测控 制系统的电网区域振荡抑制方法。
技术介绍
[0002]电力系统区域间功率振荡不仅严重影响电网安稳运行，还对区域间功率的稳 定传输具有较大影响，因此对交直流电力系统功率振荡的控制措施进行研究是必 要的。现有的研究中电力系统稳定器(Power System Stabilizer，PSS)经常被用 于增强阻尼从而抑制低频振荡，但对区域间振荡模式的阻尼效果较差，且大量安 装的问题较复杂。近年来，直流调制的方法也尝试被用于抑制区域间功率振荡， 然而其控制精度有待进一步提高。因此考虑模型预测控制(Model PredictiveControl，MPC)因建模方便、滚动优化等特点，本专利技术尝试将MPC运用于直流 调制系统，进一步抑制电力系统区域间功率振荡。一般MPC的设计基于线性化 电力系统模型，围绕其正常工作点线性化得到，然而随着电网中新能源渗透率不 断提升，其正常工作点可能会频繁多变，这将导致固定参数MPC的控制效果变 差，甚至恶化系统的运行状态。因此在线跟踪电网运行状态，并以此不断更新 MPC对应的模型参数是必要的。然而在MPC被接入电力系统用于抑制区域间振 荡后，电网侧系统始终处于闭环运行的模式，因此在电网侧系统闭环运行期间， 定时间间隔采集电网侧系统的输入输出信息，对电网侧系统对应的模型参数进行 辨识，这一工作属于闭环辨识的范畴。不同于开环辨识过程中系统输入输出之间 基本不存在相关性，闭...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于自适应预测控制系统的电网区域振荡抑制方法，其特征在于，所述自适应预测控制系统包括：整流器、直流线路整流控制模块、逆变器、交流电网、直流传输线、交流联络线；所述的交流电网、整流器与直流线路整流控制模块、直流传输线、逆变器、交流电网依次连接，构成直流传输线及控制系统；所述的交流电网、交流联络线、交流电网顺次连接，构成交流联络线系统；上述直流传输线及控制系统与交流联络线属于并行连；所述电网区域振荡抑制方法包括以下步骤：步骤1：引入多个历史时刻的直流线路功率调制量、多个历史时刻的联络线两端电压相角差，构建电网侧系统对应的低阶线性化参数模型；将多个历史时刻的直流线路功率调制量作为所述低阶线性化参数模型的输入数据，将多个历史时刻的交流联络线两端母线相角差作为所述低阶线性化参数模型的输出数据，通过加权最小二乘辨识方法优化求解得到所述低阶线性化参数模型的n阶自回归系数、所述低阶线性化参数模型的m阶移动平均系数；结合辨识得到的所述低阶线性化参数模型n阶自回归系数、所述低阶线性化参数模型m阶滑动平均系数构建电网侧系统的低阶线性模型；步骤2：构建等式约束条件以及不等式约束条件，将未来多个时刻的直流线路功率调制指令序列作为待优化求解变量，采集过去多个时刻的直流线路功率调制量、过去多个时刻的联络线两端母线相角差，结合步骤1所述电网侧系统对应的低阶线性模型进行预测得到未来一段时间内联络线两端母线相角差，进一步结合未来多个时刻联络线两端母线相角差构建模型优化目标，形成直流线路功率调制指令在线优化模型，通过二次规划相关方法进行优化得到优化后未来多个时刻的直流线路功率调制指令序列，仅保留优化得到指令序列中第一个时刻对应的控制指令作为下一时刻电网侧系统直流线路功率调制指令，通过所述整流控制模块结合SPWM算法进行整流控制，最终完成直流线路传输功率依照优化结果进行调控；步骤3：引入历史多个时刻的直流线路功率调制量、历史多个时刻的联络线两端母线相角差，结合步骤1引入的电网侧系统对应低阶线性模型构建等式约束；以未来一段时间内联络线两端母线相角差值需保持在一定范围内、直流线路功率调制指令上下限、直流线路功率调制指令变化速率上下限构建不等式约束；以未来一段时间内多个时刻的直流线路功率调制指令序列为待优化变量；以未来一段时间内多个时刻的直流线路功率调制指令序列中第一个时刻的直流线路功率调制指令最大为目标函数构建优化模型，采用混合整数线性规划的算法对模型进行求解，得到下一时刻可以采取的直流线路功率调控指令的最大值；以未来一段时间内多个时刻的直流线路功率调制指令序列中第一个时刻的直流线路功率调制指令最小为目标函数构建优化模型，采用混合整数线性规划的算法对模型进行求解，得到下一时刻可以采取的直流线路功率调控指令的最小值；根据上述得到的下一时刻可采取的直流线路功率调制指令的最大值与最小值，结合随机数进一步计算可采取随机化的直流线路功率调制指令，并在下一时刻将该控制指令传输至电网侧系统的整流控制器模块作为直流功率调控量的参考指令，通过所述整流控制模块结合SVPWM算法进行整流控制，最终完成直流线路传输功率依照优化结果进行调控；步骤4：实时采集历史多个时刻的直流线路功率调制量、历史多个时刻的联络线两端母线相角差，周期性地在指定时刻执行步骤3，得到下一时刻可采取的随机直流线路功率调制
指令，作用于电网侧系统的整流控制模块，经整流控制将直流传输线功率在下一时刻调节为上述随机指令，在下一时刻使电网侧系统处于开环运行状态；周期性地在指定时间段内执行步骤2，得到下一时刻最优的直流线路功率调制指令，并作用于电网侧系统的整流控制模块，经整流控制将直流传输线功率在下一时刻调节为上述指定值，在该段时间内使电网侧系统处于闭环稳定运行状态；实时监测并保存上述由电网侧系统闭环与开环交替运行状态下的直流线路功率调制量以及联络线两端母线相角差等数据，并在执行步骤3的同时利用该历史监测数据执行步骤1，周期性地对步骤1中所构建电网侧系统对应低阶线性化模型的参数进行辨识与更新。2.根据权利要求1所述的基于自适应预测控制系统的电网区域振荡抑制方法，其特征在于，步骤1所述多个历史时刻的直流线路功率调制量，以在t
‑
1时刻进行模型参数辨识为例，具体包括：p
line
＝{u(t
‑
q),
…
u(t
‑
1)}其中：p
line
表示多个历史时刻的直流线路功率调制量；u(t
‑
q)表示在t
‑
q时刻的直流线路功率调制量；q表示进行模型参数辨识所需要的数据时间长度；步骤1所述多个历史时刻的联络线两端母线相角差，以在t
‑
1时刻进行模型参数辨识为例，具体包括：θ
line
＝{y(t
‑
q),
…
y(t
‑
1)}其中：θ
line
表示多个历史时刻的联络线两端母线相角差；y(t
‑
q)表示在t
‑
q时刻的联络线两端母线相角差；步骤1所述电网侧系统对应的低阶线性化参数模型为：y(t+1)＝a1y(t)+
…
+a
n
y(t
‑
n+1)+b1u(t)+
…
+b
m
u(t
‑
m+1)其中：n表示所述低阶线性化参数模型的自回归阶数；m表示所述低阶线性化参数模型的滑动平均阶数；a
k
,k∈[1,n]表示所述低阶线性化参数模型的自回归系数；b
i
,i∈[1,m]表示所述低阶线性化参数模型的滑动平均系数；步骤1所述通过加权最小二乘辨识方法优化求解得到所述低阶线性化参数模型的n阶自回归系数、所述低阶线性化参数模型的m阶移动平均系数，具体为：构建优化求解目标模型为：其中：a
k
,k∈[1,n]表示所述低阶线性化参数模型的第k阶自回归系数，是待求解变量；b
i
,i∈[1,m]表示模型的第i阶滑动平均系数，是待求解变量；ω
j
表示针对第j组量测数据在最小二乘估计中对应的权重系数，距t时刻越近或采用随机扰动激励得到的系统开环运行状态下的监测数据对应权重越大，且需满足：当考虑时序接近权值越大的原则时，定义：构建优化求解目标模型中，将多个历史时刻的直流联络线功率调制量作为低阶线性化模型的输入数据，将多个历史时刻的联络线两端母线相角差作为低阶线性化参数模型输出
数据，以t
‑
1时刻进行模型求解为例，共包括p
line
＝{u(t
‑
q),
…
u(t
‑
1)}，θ
line
＝{y(t
‑
q),
…
y(t
‑
1)}共q个时间步长的数据；所述优化求解目标模型的求解方法为：针对所述优化求解目标模型，分别求取其关于n个自回归系数a
k
,k∈[1,n]以及m个滑动平均系数b
i
,i∈[1,m]的偏导数，并将监测得到的多个历史时刻直流线路功率调制量数据p
line
＝{u(t
‑
q),u(t
‑
q),
…
u(t
‑
1)}与联络线两端母线相角差与θ
line
＝{y(t
‑
q),y(t
‑
q),
…
y(t
‑
1)}带入计算化简，得到：步骤1中所述的电网侧系统对应的低阶线性模型由上述优化得到的模型参数代入所述的低阶线性化参数模型得到，具体表示为：其中：a
k
,k∈[1,n]表示所构建电网侧系统对应的低阶线性模型自回归系数；b
i
,i∈[1,m]表示所构建电网侧系统对应的低阶线性模型滑动平均系数。3.根据权利要求1所述的基于自适应预测控制系统的电网区域振荡抑制方法，其特征在于，步骤2中所述直流线路功率调制指令在线优化模型，即模型预测控制MPC系统的等式约束条件，具体如下：具体如下：其中：a
k
,k∈[1,n]表示所构建电网侧系统对应的低阶线性模型自回归系数；b
i
,i∈[1,m]表示所构建电网侧系统对应的低阶线性模型滑动平均系数；p表示MPC系统进行直流线路功率调制指令序列寻优的时间范围长度，如在t时刻执行模型优化即是需要寻找在t+1～t+p等p个时刻最优的控制指令序列；在实际的电网侧系统中往往采用低通滤波器对控制指令序列进行滤波后再接入电网侧输入控制端口实施控制，其中v表示初始带有高频分量的控制信号，即直接由MPC系统优化输出的直流线路功率调制指令序列，u为经过低通滤波器后实际作用于电网侧整流控制器模块的直流功率调制指令信号；c1表示三阶巴特沃斯低通滤波器对应ARMA数学模型中的1阶项自回归系数；c2表示三阶巴特沃斯低通滤波器对应ARMA数学模型中的2阶项自回归系数；c3表示三阶巴特沃斯低通滤波器对应ARMA数学模型中的3阶项自回归系数；d0分别表示三阶巴特沃斯低通滤波器对应ARMA数学模型中的0阶项滑动平均系数；d1分别表示三阶巴特沃斯低通滤波器对应ARMA数学模型中的1阶项滑动平均系数；d2分别表示三阶巴特沃斯低通滤波器对应ARMA数学模型中的2阶项滑动平均系数；d3分别表示三阶巴特沃斯低通滤波器对应ARMA数学模型中的3阶项滑动平均系数；步骤2中所述直流线路功率调制指令在线优化模型的不等式约束条件，具体如下：u
min
≤u(t+j)≤u
max
,r
min
≤v(t+j)
‑
v(t
‑
1+j)≤r
max
其中：v表示初始带有高频分量的控制信号，即直接由MPC系统优化输出的直流线路功率调制指令序列，u为经过低通滤波器后实际作用于电网侧整流控制器模块的直流功率调制指令信号；u
max
表示电网侧系统整流控制器模块要求的直流线路功率调制指令上限约束；u
min
表示电网侧系统整流控制器模块要求的直流线路功率调制指令下限约束；r
max
表示MPC系统对优化得到的直流线路功率调制指令变化速率最大值的约束；r
min
表示MPC系统对优化得到的直流线路功率调制指令变化速率最小值的约束；针对实际的互联区域振荡问题，上述约束中对控制信号进行滤波、限制幅度以及变化率等主要是为了避免机电振荡模态中高频分量对于控制效果的影响；步骤2中所述直流线路功率调制指令在线优化模型的待优化变量包括未来多个时刻的直流线路功率调制指令序列，以t时刻进行优化为例，优化模型涉及时间范围长度为p的待优化变量包括t+1～t+p多个时刻的直流线路功率调制指令：{v(t+1)、v(t+2)
…
v(t+p)}其中：v表示初始带有高频分量的控制信号，即直接由MPC系统优化输出的直流线路功率调制指令序列；p表示MPC系统进行直流线路功率调制指令序列寻优的时间范围长度；步骤2中所述直流线路功率调制指令在线优化模型中所需采集的历史多个时刻的联络线两端母线相角差，以t时刻执行优化为例，具体包括电网侧系统监测历史数据n项：{y(t
‑
n+1),y(t
‑
n+2),
…
y(t)}；步骤2中所述直流线路功率调制指令在线优化模型中所需采集的历史多个时刻直流线路功率调制量，以t时刻执行优化为例，具体包括电网侧系统监测历史数据m项：{u(t
‑
m+1),u(t
‑
m+2),
…
u(t)}；步骤2中所述结合未来一段时间内联络线两端母线相角差构建的优化模型目标函数为：其中：x
p
(t)表示在t时刻起的未来t+1～t+p共p个时刻直流线路功率调控指令序列的集合，x
p
(t)可表示为：x
p
(t)＝{v(t+1),v(t+2),
…
,v(t+p)}；p表示MPC系统进行直流线路功率调制指令序列寻优的时间范围长度，如在t时刻执行模型优化即是需要寻找在t+1～t+p等p个时刻最优的控制指令序列；ε
k
和η
k
为目标对于直流线路功率调制指令与联络线两端母线相角差的稳定控制对应的权重系数，即优化目标对于输入与输出变量稳定性的侧重程度，需根据实际工程情况而定；u为经过低通滤波器后实际作用于电网侧整流控制器模块的直流功率调制指令信号；y表示电网侧系统联络线两端母线的相角差；步骤2中所述直流线路功率调制指令在线优化模型所属类型为二次规划，可利用CPLEX求解器进行快速求解；步骤2...
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