高压直流系统附加阻尼控制器的实现方法技术方案

一种高压直流系统附加阻尼控制器的实现方法，通过特征根分析法进行低频振荡辨识，得到交直流混联系统的振荡模态；然后基于同步发电机低频振荡数学模型，初始化高压直流系统附加阻尼控制器模型以提供附加阻尼转矩抑制低频振荡；再根据相位补偿的原理与系统低频振荡的模态，优化高压直流系统附加阻尼控制器的结构及参数。本发明专利技术能够为直流线路的附加阻尼控制器设计提供理论支撑，使得高压直流线路通过合适的参数设计，提供附加阻尼转矩，补偿同步电机励磁系统的相位滞后，实现对区域间低频振荡的抑制，提升交直流混联系统的动态稳定性。提升交直流混联系统的动态稳定性。提升交直流混联系统的动态稳定性。

【技术实现步骤摘要】
高压直流系统附加阻尼控制器的实现方法


[0001]本专利技术涉及的是一种电力系统控制领域的技术，具体是一种高压直流系统附加阻尼控制器的实现方法。

技术介绍

[0002]交直流混联系统中，HVDC线路往往承担连接不同区域电网的作用。同时，HVDC线路还可通过换流站内的快速电力电子设备，快速改变其功率流，利用此特性可以改善系统阻尼水平，抑制区域间的低频振荡。在交直流混联系统中，传统的使用电力系统稳定器(PSS)抑制区域间低频振荡的方案应用效果不理想。利用高压直流附加阻尼控制器(HVDC supplementary damping controller，HVDC
‑
SDC)来抑制系统区域间振荡的策略得到广泛关注。目前高压直流附加阻尼控制器的设计主要采用极点配置法，从系统特征值出发，识别特定工况下的振荡模式，利用控制器将系统低频振荡的主导特征根向特征平面的左半部分移动。但现有技术均缺乏对其增加系统阻尼水平机理的分析，限制HVDC
‑
SDC的进一步性能优化。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种高压直流系统附加阻尼控制器的实现方法，能够为直流线路的附加阻尼控制器设计提供理论支撑，使得高压直流线路通过合适的参数设计，提供附加阻尼转矩，补偿同步电机励磁系统的相位滞后，实现对区域间低频振荡的抑制，提升交直流混联系统的动态稳定性。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术涉及一种高压直流系统附加阻尼控制器的实现方法，通过特征根分析法进行低频振荡辨识，得到交直流混联系统的振荡模态；然后基于同步发电机低频振荡数学模型，初始化高压直流系统附加阻尼控制器模型以提供附加阻尼转矩抑制低频振荡；再根据相位补偿的原理与系统低频振荡的模态，优化高压直流系统附加阻尼控制器的结构及参数。
[0006]本专利技术涉及一种基于上述方法得到的高压直流系统附加阻尼控制器，其设置于交直流混联系统，具体包括：增益单元、隔直单元、相位补偿单元和限幅单元，其中：增益单元放大采集得到的反映交流传输线振荡的信号，如交流线路电流或功率的有效值，保证高压直流系统附加阻尼控制器以提供足够大的阻尼转矩；隔直单元是为避免稳态值改变的影响，隔离直流的次要信号；相位补偿单元一般由数个超前滞后单元组成，产生一个与转速偏差相位相同的电磁转矩，补偿系统的相位滞后；限幅单元限制相位补偿后的信号的幅值并输出信号叠加至直流电流的参考值信号中，实现正阻尼转矩。技术效果
[0007]本专利技术从电枢反应机理出发，通过高压直流系统附加阻尼控制技术，实现对交直流混联系统区域间低频振荡的抑制，且抑制效果优于传统的布置电力系统稳定器的方案。
附图说明
[0008]图1为本专利技术方法流程图；
[0009]图2为本专利技术搭建的单机交直流并联系统的拓扑图；
[0010]图3为本专利技术涉及的单机交直流并联系统中各变量的相量图；
[0011]图4为实施例高压直流系统附加阻尼控制器的机构图；
[0012]图5为实施例高压直流系统附加阻尼控制器的系统拓扑图；
[0013]图6为实施例高压直流系统附加阻尼控制器与无阻尼控制及使用PSS区域间低频振荡抑制效果对比示意图。
具体实施方式
[0014]如图1所示，为本实施例涉及一种高压直流系统附加阻尼控制器的实现方法，包括：
[0015]步骤1)基于特征根分析法进行低频振荡辨识，具体包括：
[0016]1.1)建立系统的微分方程：其中：x为该系统的状态向量，包含描述该系统的状态变量。A矩阵为系统的状态矩阵，可以由系统拓扑得到。在一个包含n台机组的电力系统中，状态向量x＝[Δδ1，Δδ2，
…
，Δδ
n
，Δω1，Δω2，
…
，Δω
n
，ΔE
′
q1
，ΔE
′
q2
，
…
，ΔE
′
qn
，ΔE
fd1
，ΔE
fd2
，
…
，ΔE
fdn
]T
，其中：Δδ
n
、Δω
n
、ΔE
′
qn
、ΔE
fdn
分别为发电机功角、转子转速、内电势、励磁电动势的小信号偏差。
[0017]1.2)求解数学模型得到状态矩阵A的特征根，通过特征根得到系统的振荡模态特征向量、阻尼比等振荡相关信息，其中特征值λ
i
对应系统第i个振荡模式，相应的特征向量称为振荡模态。复数特征值对应系统的振荡模式，对于一对复数特征值：λ＝σ+jω中，特征值的实部σ刻画系统对振荡的阻尼，而虚部ω给出振荡的频率。有负实部的特征值表示系统正阻尼(衰减振荡)零实部的特征值表示无阻尼(等幅振荡)而含正实部的特征值表示负阻尼(增幅振荡)。进一步计算得到振荡频率f＝ω/2π和阻尼比
[0018]步骤2)基于同步发电机低频振荡数学模型，初始化高压直流系统附加阻尼控制器模型以提供附加阻尼转矩抑制低频振荡，具体包括：
[0019]2.1)在单机交直流并联系统中发电机输出总电流i＝i
t1
+i
t2
，其中：交流线路电流为i
t1
，直流线路整流前电流为i
t2
，将功角δ设为发电机出口母线电压u
t
和无穷大电网电压U之间的夹角，u
t
和内电势E
q
'之间的角度设为δ1。
[0020]所述的交流线路电流i
t1
通过Park变换分解至发电机自身dq坐标系为其中：x
ac
为交流线路等效阻抗。
[0021]所述的直流线路电流，采用电网换相换流器高压直流输电(LCC
‑
HVDC)方式计算得到，具体为：
[0022]a)根据电网换相换流器的控制环节与直流线路的拓扑关系：
其中：u
dc0_rec
为整流侧直流电压参考值，u
dc_rec
和u
dc_inv
分别为直流线路整流侧和逆变侧电压，α为LCC换流站整流侧的换相角，z
dc
为等效直流线路阻抗，i
dc
为直流线路整流后的直流电流，G
PI
为整流站控制环节的传递函数，常数为整流站控制环节的传递函数，常数
[0023]当系统在稳定状态下发生低频振荡时，功角δ与u
t
的幅值产生扰动Δδ与Δu
t
分别引起交流传输线和直流传输线的振荡。对于交流线路，U与q轴的夹角为Δδ1+Δδ，包含在交流电流扰动Δi
ac
中。由于u
t
和E
q
'角度很接近，可以认为Δδ1<<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压直流系统附加阻尼控制器的实现方法，其特征在于，通过特征根分析法进行低频振荡辨识，得到交直流混联系统的振荡模态；然后基于同步发电机低频振荡数学模型，初始化高压直流系统附加阻尼控制器模型以提供附加阻尼转矩抑制低频振荡；再根据相位补偿的原理与系统低频振荡的模态，优化高压直流系统附加阻尼控制器的结构及参数。2.根据权利要求1所述的高压直流系统附加阻尼控制器的实现方法，其特征是，具体包括：步骤1)基于特征根分析法进行低频振荡辨识，具体包括：1.1)建立系统的微分方程：其中：x为该系统的状态向量，包含描述该系统的状态变量；A矩阵为系统的状态矩阵，以由系统拓扑得到；在一个包含n台机组的电力系统中，状态向量x＝[Δδ1，Δδ2，
…
，Δδ
n
，Δω1，Δω2，
…
，Δω
n
，ΔE
′
q1
，ΔE
′
q2
，
…
，ΔE
′
qn
，ΔE
fd1
，ΔE
fd2
，
…
，ΔE
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]
T
，其中：Δδ
n
、Δω
n
、ΔE
′
qn
、ΔE
fdn
分别为发电机功角、转子转速、内电势、励磁电动势的小信号偏差；1.2)求解数学模型得到状态矩阵A的特征根，通过特征根得到系统的振荡模态特征向量、阻尼比等振荡相关信息，其中特征值λ
i
对应系统第i个振荡模式，相应的特征向量称为振荡模态；复数特征值对应系统的振荡模式，对于一对复数特征值：λ＝σ+jω中，特征值的实部σ刻画系统对振荡的阻尼，而虚部ω给出振荡的频率；有负实部的特征值表示系统正阻尼(衰减振荡)零实部的特征值表示无阻尼(等幅振荡)而含正实部的特征值表示负阻尼(增幅振荡)；进一步计算得到振荡频率f＝ω/2π和阻尼比步骤2)基于同步发电机低频振荡数学模型，初始化高压直流系统附加阻尼控制器模型以提供附加阻尼转矩抑制低频振荡，具体包括：2.1)在单机交直流并联系统中发电机输出总电流i＝i
t1
+i
t2
，其中：交流线路电流为i
t1
，直流线路整流前电流为i
t2
，将功角δ设为发电机出口母线电压u
t
和无穷大电网电压U之间的夹角，u
t
和内电势E
q
'之间的角度设为δ1；2.2)将Δi
t1
、Δi
t2
代入发电机总定子电流的小信号方程由此分解电磁转矩ΔM
e
得到：其中：其中：K1表示的分量ΔM
e1
与Δδ成正比，表示同步转矩，反映发电机的自同步能力；K2表示的分量M
e2
表示磁链变化产生的转矩，包含同步转矩分量与阻尼转矩分量，进一步分解得到其中：与Δδ成正比的同步转矩系数ΔM
e2S
以及与Δω成正比的阻尼转矩系数ΔM
e2D
，忽略发电机自身较小的阻尼转矩的情况下，ΔM
e2D
表示发电机励磁系统在不含附加阻尼控制的前提下能够带来
的阻尼转矩；2.3)当仅凭发电机自身的阻尼特性，在长距离重负荷的运行状况下，有可能出现阻尼转矩不足的情况，进而导致系统振荡失步；HVDC
‑
SDC的引入产生附加电磁转矩ΔM
SDC
；忽略母线电压变化Δu
t
，交流传输线电流的扰动代入HVDC
‑
SDC附加电磁转矩ΔM
SDC
，得到其中：G
SDC
为HVDC
‑
SDC的传递函数，设计G
SDC
参数使ΔM
SDC
/Δω为正实数，ΔM
SDC
就会产生正阻尼转矩，增加系统阻尼；由此推导HVDC
‑
SDC抑制低频振荡的机理，本质上是直流线路电流的变化等效改变发电机定子电流，通过电枢反应为发电机提供附加电磁转矩；发电机的电磁转矩中包括交流与直流输电线路电流产生的电磁转矩；人为控制直流电流的大小随着功角同趋势波动，则引入另一个同步转矩分量，当直流电流i
dc
超前功角的变化，则引入正阻尼转矩；步骤3)优化高压直流系统附加阻尼控制器的增益单元、隔直单元、超前滞后相位补偿单元和限幅单元的结构和参数，具体为：3.1)当超前滞后单元为n个时，高压直流系统附加阻尼控制器的传递函数为：3.1)当超前滞后单元为n个时，高压直流系统附加阻尼控制器的传递函数为：其中：K
p
为增益系数，T
w
为隔直单元的时间常数，T1、T2分别为超前滞后单元分子与分母的时间常数；在交直流混联输电系统中，利用与交流传输线有电气连接的直流系统附加阻尼控制以抑制系统的低频振荡；通过极点配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：党杰，王莹，芮智，刘鸿超，严正，潘晓杰，杨丹，张星，穆清，卓谷颖，陈绪江，李春艳，张慕婕，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：