【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统，特别涉及一种考虑并网变流器调节能力的广域阻尼控制方法。
技术介绍
1、维持小干扰功角振荡模式具有足够的阻尼对于维持电力系统的稳定性至关重要，在传统电力系统中，功角振荡模式的阻尼主要由电力系统稳定器和柔性交流输电系统设备提供。随着风电、光伏和储能应用越来越广泛，这些通过并网变流器接入电网的能源也被用来向电网提供阻尼支撑。并网变流器具有控制灵活、响应速度快的特点，为小扰动同步稳定的优化提供了更好的选择。
2、在实际应用中，并网变流器是否能够提供足够的阻尼支撑取决于能源侧是否具有足够的调节能力。在能源侧调节能力有限的情况下，并网变流器向电网输出的功率通常会受到能源侧最大可调功率的直接限制。这种刚性限制方法势必会削弱并网变流器的阻尼支撑能力，因此，有必要考虑小扰动稳定提升和并网变流器实际输出之间的权衡。
3、不断投入使用的并网变流器为解决上述问题带来了更多灵活性，因为阻尼支撑可以通过组合不同的并网变流器来实现。需要注意的是，不同并网变流器所连接的能源资源的调节能力可能会有所不同。因此，在设计控制策略时应考虑各个并网变流器调节能力之间的差异。为了充分利用所有可用的阻尼支持，可以通过调整目标函数中不同可控设备对应的权重来分配阻尼支持。然而，目标函数中的这些权重都是通过试错来设计的，并没有实现定量化的设计要求，因此可能会导致系统的阻尼性能变差。
4、此外，不同并网变流器和系统不同功角振荡模式之间存在着交叉耦合的关系，即某个并网变流器会参与多个振荡模式，同时某个振荡模式中会包含多个并网
技术实现思路
1、本专利技术提供一种考虑并网变流器调节能力的广域阻尼控制方法，可应用于并网变流器的反馈控制，最大化利用并网变流器的阻尼支撑能力。
2、本专利技术实施例提供一种考虑并网变流器调节能力的广域阻尼控制方法，包括以下步骤：
3、s1，将并网变流器作为功率源，建立含并网变流器电力系统的小干扰稳定模型；
4、s2，根据所述小干扰稳定模型，构建以模态线性二次型调节器权重矩阵为待优化变量，以关键振荡模式的阻尼比和并网变流器调节能力作为约束的优化模型；
5、s3，利用遗传算法对所述优化模型进行优化求解，得到模态线性二次型调节器的最优权重矩阵，并计算最优反馈控制系数；
6、s4，根据所述最优权重矩阵和最优反馈控制系数生成控制指令，并应用于并网变流器，得到考虑并网变流器调节能力的广域阻尼控制策略。
7、在本专利技术的一个实施例中，在步骤s1中，将并网变流器作为功率源，建立含并网变流器电力系统的小干扰稳定模型，包括：
8、由电机的转子运动方程描述的电力系统的机电动态特性为：
9、
10、式中：是发电机转子转角的矢量，ng为发电机的数量，为第ng个发电机的转子转角；是发电机转子转速的矢量，为第ng个发电机的转子转速，ω0是基准量；是惯性系数矩阵，为第ng个发电机的惯性系数；是阻尼系数矩阵，为第ng个发电机的阻尼系数；是发电机机械功率输入矢量，为第ng个发电机的发电机机械功率；是发电机电磁功率输出矢量，为第ng个发电机的发电机电磁功率，在不考虑并网变流器接入的电力系统中，通过以下公式计算pei：
11、
12、式中：ei是第i个发电机的暂态电抗后的恒定电压；gij+jbij是只有发电机总线的简化系统第(i,j)条导纳矩阵；
13、在稳态运行点附近对公式(1)进行线性化得到：
14、
15、为了考虑并网变流器的影响，消去ng个发电机节点和nv个并网变流器节点以外的所有节点，第i个发电机连接的节点所注入的有功功率通过以下公式计算：
16、
17、式中：vj和θj是第j个并网变流器节点的电压幅值和相角；gggij和bggij是第i和j个发电机节点之间的等效电导和电纳；ggvij和bgvij是第i个发电机节点和第j个并网变流器节点之间的等效电导和电纳；
18、第i个并网变流器连接的节点所注入的有功和无功功率表示为：
19、
20、
21、式中：gvgij和bvgij是第i个并网变流器和第j个发电机节点之间的等效电导和电纳；gvvij和bvvij是第i和j个并网变流器节点之间的等效电导和电纳；
22、对式(4)(5)(6)的功率输出方程进行线性化得到：
23、
24、式中：表示并网变流器的实时有功注入，nv为并网变流器数量，为第nv个并网变流器的实时有功功率；表示并网变流器的实时无功注入，为第nv个并网变流器的实时无功功率；表示并网变流器节点的相角，为第nv个并网变流器的相角；表示并网变流器节点的电压幅值，为第nv个并网变流器的电压幅值；
25、通过式(7)，δpe由δδ，δpv和δqv表示：
26、
27、将并网变流器看作功率源，在不使用附加无功功率控制的情况下，向有功功率控制的稳态参考值添加附加控制信号，具体如下：
28、
29、式中：表示稳态有功功率参考值，为第nv个并网变流器的稳态有功功率；表示稳态无功功率参考值，为第nv个并网变流器的稳态无功功率，当连接到强电网时，并网变流器通常工作在单位功率因数下，因此qv＝0，为提供阻尼支撑的附加控制信号，为第nv个并网变流器提供阻尼支撑的附加控制信号，表示为：
30、pvd＝k1(ω-1) (10)
31、式中：k1是阻尼控制系数；
32、将(9)和(10)在稳态附近线性化得到：
33、δpv＝δpvd＝k1δω (11)
34、将(11)代入(8)，将δpe代入(3)，得到含并网变流器电力系统的小干扰功角稳定模型：
35、
36、式(12)用于描述含并网变流器电力系统的机电动态特性，式中，为维度为ng的单位矩阵；d为阻尼系数。
37、在本专利技术的一个实施例中，在步骤s2中，根据所述小干扰稳定模型，构建以模态线性二次型调节器权重矩阵为待优化变量，以关键振荡模式的阻尼比和并网变流器调节能力作为约束的优化模型包括：
38、所述小干扰功角稳定模型进一步表示为：
39、
40、式中：x是状态变量向量，u是系统输入向量，a和b分别是系统状态矩阵和系统输入矩阵，具体可以表示为：
41、
42、对式(13)的描述的系统，应用模态线性二次型调节器mlqr设计相应的阻尼控制策略，通过最小化以下二次代价函数来设计阻尼控制器：
43、
44、式中：wq≥0和wr≥0是加权矩阵，其元素分别设置为惩罚状态变量与零的偏差以及系统输入的偏差，通过调整wq和wr的相对值，实现系统稳定性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑并网变流器调节能力的广域阻尼控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，将并网变流器作为功率源，建立含并网变流器电力系统的小干扰稳定模型，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，根据所述小干扰稳定模型，构建以模态线性二次型调节器权重矩阵为待优化变量，以关键振荡模式的阻尼比和并网变流器调节能力作为约束的优化模型包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，利用遗传算法对所述优化模型进行优化求解，得到模态线性二次型调节器的最优权重矩阵，并计算最优反馈控制系数，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，应用遗传算法求解所述优化模型时，对于每个候选的权重矩阵W，基于利用MLQR求得的状态反馈控制策略构建系统闭环控制下的小干扰功角稳定模型，根据模态分析，识别在有阻尼控制下待提升振荡模式的阻尼比σi(W)，并计算每种振荡模式下并网变流器的最大输出有功功率max|uij(W)|。<...
【技术特征摘要】
1.一种考虑并网变流器调节能力的广域阻尼控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s1中，将并网变流器作为功率源，建立含并网变流器电力系统的小干扰稳定模型，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤s2中，根据所述小干扰稳定模型，构建以模态线性二次型调节器权重矩阵为待优化变量，以关键振荡模式的阻尼比和并网变流器调节能力作为约束的优化模型包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤s3中，利用遗传算法对所述优化模型进行优化求解，得到模态线性二次型调节器的最优权重矩阵...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭金鹏，张海燕，许庆，潘学萍，孙晓荣，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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