[发明专利]一种考虑多通信时延的电力系统广域阻尼在线控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑多通信时延的电力系统广域阻尼在线控制方法，属于电力系统阻尼控制技术领域。

背景技术

低频振荡，特别是区间模式振荡是现代互联大电网面临的一个重要挑战。由弱阻尼或负阻尼引起的发散型区间振荡甚至可能导致大停电事故。传统的抑制低频振荡的方法是在发电机励磁系统安装本地电力系统稳定器(LPSS，Local Power System Stabilizer)。通过合理的参数整定，这种固定参数的控制器在抑制低频振荡方面取得了很好的效果。然而，由于缺乏全局性的信息，对于某些区间模式的振荡，LPSS发挥的作用有限。通常，由振荡引起的系统大停电在系统完全失稳之前有数秒的发散振荡时间，这就给在线实时控制提供了机会。

随着广域量测系统(WAMS，Wide Area Measurement System)的快速发展，电力系统动态信息如功角、功率以及频率等能够被同步量测，并迅速的传送至远方的数据控制中心。由此，基于远方信号的广域阻尼控制器设计成为近年来的研究热点。相关的研究内容主要包括控制器落点的选择、控制器广域反馈信号的选择和控制器参数设计等。现有的控制器落点和反馈信号选择方法中最常用的一种是留数法，由于系统传递函数的留数正好是系统能控性和能观性的综合度量，因此可选择比较大的留数对应的输入信号和输出信号作为控制器的反馈信号和安装机组。然而，这种方法只能在同一种信号之间进行比较，当需要比较不同种类信号(如：功率、攻角、角速度等)时，留数法会遇到尺度问题。

远方信号的引入给阻尼控制带来了新的难题，如广域反馈信号的时延问题。实时量测的电网数据需要通过通讯网络将数据传送至远端的控制中心。受限于WAMS建设成本限制，通常利用现有的通信网络进行广域信息的传送。影响通讯网络时延的因素有很多，如：传送距离、协议、通道负荷以及通道类型等。已有的时延测试结果表明，电力系统反馈信号时延从几十毫秒到几百毫秒不等。由于反馈信号时延会显著影响控制器的效果甚至引起系统不稳定，因此在控制器的设计中必须考虑通信网络的时延。

在电力系统广域阻尼控制中，通常考虑固定、时变以及随机时延，通过设计超前/滞后相位补偿模块或者时滞鲁棒控制器以达到消除反馈信号时延的目的。然而用这些方法设计的控制器一旦设计完成并投入使用，其参数就固定不变了。固然，控制器有一定的时滞鲁棒性，能够在一定时延范围内实现补偿，然而当网络时延发生巨大变化时，这种固定参数的控制器可能会不满足补偿要求，甚至引起系统失稳。

基于GPS的相量测量单元(PMU，Phasor Measurement Unit)给每个量测信号打上时标，这就使得通过比较控制机组的时标和到达反馈信号的时标可以在线量测反馈信号的时延，现有的处理时延问题方法中的一种即是根据实测的时延在线设计考虑时延的阻尼控制器。然而，这种在线设计方法需要增加大量的计算，可能会错过实时控制的时间；而且不能对设计的控制器进行校核，可能会引起错误的控制效果。

发明内容

本发明的目的是提出一种考虑多通信时延的电力系统广域阻尼在线控制方法，以减少电力系统通信网络中，由于通信时延不确定性引起的对电力系统阻尼控制器的影响，增强电力系统广域阻尼控制器的控制效果，提高电力系统运行可靠性。

本发明提出的考虑多信号时延的电力系统广域阻尼在线控制方法，包括以下步骤：

(1)建立电力系统状态空间模型，利用几何法计算得到电力系统的能观性和能控性几何度量，根据该几何度量确定用于抑制电力系统各区间振荡模式的广域阻尼控制器的反馈输入信号类型和反馈输出控制机组，利用相位补偿法计算不考虑反馈输入信号通信时延的广域阻尼控制器参数，得到无时延广域阻尼控制器；

(2)将电力系统广域阻尼控制器与电力系统控制中心的通信时延分为多个时延区间，用相位超前滞后环节对每个时延区间中点的时延进行补偿，得到相位超前滞后环节参数，将相位超前滞后环节与电力系统各振荡模式相对应的无时延广域阻尼控制器合并，分别得到与各振荡模式相对应的多个时延区间的离线广域阻尼控制器库；

(3)利用频率和阻尼辨识方法在线辨识当前电力系统低频振荡模式的频率和阻尼，当电力系统中存在负阻尼或阻尼小于3％的弱阻尼区间振荡时，在离线广域阻尼控制器库中选择与当前电力系统低频振荡模式相对应的广域阻尼控制器，得到广域阻尼控制器的输入反馈信号类型和输出反馈控制机组；