一種upfc阻尼控制的定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及控制技術領域，尤其是一種UPF邱且尼控制的定位方法。
【背景技術】
[0002] 統一潮流控制器(UPFC)是迄今為止功能最為強大的FACTS裝置，其主要由一臺激 勵變壓器化xcitation TransformerJT)、一臺增壓變壓器（Boosting TransformerJT)、2 個S相電壓源逆變器(Vol化ge Source Converter,VSC)和一個直流連接電容器組成，其結 構如圖1所示。mE，mB和Se，Sb分別為并聯電壓源逆變器和串聯電壓源逆變器的幅值調值比率 和相位角，作為UPFC的控制信號輸入，通過一定的控制策略分別完成潮流控制、電壓調節等 不同功能。UPFC每個控制回路都可裝設附加阻尼控制器來抑制弱阻尼模態，運一特性為選 擇附加阻尼控制器回路提供了極大的靈活性，但同時阻尼信號也會極大影響穩定控制的效 果。因此，穩定控制器理想阻尼信號的選擇，是一個十分值得研究的問題。
[0003] 現有技術中，對于選擇和分析UPFC穩定控制器反饋信號通常使用的是源于現代控 制理論的分析方法(MA:model analysis),因為它適合于大型系統計算和分析，編程簡單， 且利于軟件的開發。其中用于分析UPF邱且尼控制定位對系統小干擾下振蕩穩定性的影響主 要是通過計算模態可控性指標、可觀性指標和它們的乘積(殘差）進行的。然后由殘差Ri計 算的模態分析給出的只是UPFC穩定控制器與指定機電振蕩模態的數學關系，它實際上是一 種黑箱方法。運種模態分析不能表達指標的來源、分配和傳遞的物理過程，即不能清晰地表 示電力系統的物理過程，所W運種模態分析對于分析探索UPF邱且尼控制信號的選擇，常常 較為困難。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題在于，提供一種UPF邱且尼控制的定位方法，依據全系 統線性化模型，應用分解阻尼轉矩分析法(DTA)進行UPFC穩定控制器的定位，使得DTA計算 的結果與控制器向電力系統中發電機提供的阻尼轉矩和發電機對指定機電振蕩模態的參 與性(靈敏度)聯系起來，物理意義更清晰。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提供一種UPF邱且尼控制的定位方法，包括如下步 驟：
[0006] (1)收集數據;收集發電機內部電抗數據、勵磁系統數據，通過收據采集和監控系 統SCADA系統、能量管理系統EMS獲得電力系統穩態數據和靜態數據；
[0007] (2)計算包含UPFC的開環系統線性化矩陣；
[0009] 式中，A郵，A Se, A me，A Sb為線性化后的UPFC輸入控制信號，S為發電機功角狀態 變量向量，W為發電機轉速狀態變量向量，Eq為勵磁電流空載電動勢，Efd為發電機勵磁電 壓，Vdc為UPFC直流電容電壓；A為線性化算子，變量加點為微分算子;M為發電機慣性常數對 角矩陣，Ka與Ta分別是自動電壓調節器的增益和時間常數，do為勵磁繞組時間常數;Ki~K9 與Kpd、Kqd、Kvd、Kpe、Kpde、Kpb、Kpdb、Kve、Kvde、Kvde、Kqb、Kqdb、Kvb、Kvdb為線性化系數；
[0010] 將(1)式中的有關系數寫成如下向量
[0023] (4)計算前向通道函數&(s);根據狀態方程，控制信號A U到發電機機電振蕩環節 的前向通道函數為：
[0024] Bj(s)=A23(sI-A33廠 1B3+B2 (6)
[0025] (5)計算阻尼轉矩系數Du;UPF邱且尼控制器針對第i個振蕩模態向系統中第j臺發 電機提供的阻尼轉矩系數化J為：
[0026]Dij=M^(、）Yj(、)G(、）]，j = l，2，...N(7)
[0027]若定義，巧,作=.M[公M)/, W )]，j = 1，2，一N (8)，則式(7)可表示為：
[002引 Dg =H,,Z中,,G(入i)，j = LL…N {9)
[0029] 其中，M為發電機慣性常數對角矩陣；
[0030] (6)計算重構系數丫 ;根據線性控制理論，輸出信號y是狀態變量的組合，即 有：
[0031] Y= 丫 j(s)A〇j,j = l,2,...N (10)
[0032] 其中，丫 為控制器輸入反饋信號用各臺發電機轉速狀態變量重構的重構系 數；
[0033] (7)計算發電機靈敏度Su;定義模態、對第j臺發電機轉矩Tdu的靈敏度參數來衡 量影響轉矩對模態的影響程度為SiJ:
[0035] (8)計算DTA指標/;:系統第i個振蕩模態可表示為：
[0037]根據式（16)，上式進一步化簡為：
[0039]運表明UPFC控制器通過兩種渠道向第i個振蕩模態提供阻尼，首先通過各個機組 振蕩模態的參與性Su對模態的阻尼起作用;還通過馬Z瑪對各個機組的機電振蕩提供阻尼 轉矩，因此DTA指標可定義為：
[0041] (9)選擇UPF邱且尼控制器反饋通道;通過輸出步驟(7)中得到的DTA指標寫。并比較 其大小即可選擇出UPF邱且尼控制器反饋通道。
[0042] 優選的，步驟(6)中計算重構系數的方法如下:根據線性控制理論得，
[00創 乂 =至幻,川） f二1
[0044]其中，m為狀態變量的總個數，a功狀態量初值，則輸出變量：
[0046] 而狀態變量：
[004引因此可W得到：
[0050] 假設只針對第i個振蕩模態，則可W選取初值使得aj = 〇，（j = l，2. . + ...m)，則上式又可寫為：
[0052] 其中Vi為相應于Ai的右特征向量，vi2j為Vi中對應于A Oj的分量，j為第j臺發電 機。
[0053] 本發明的有益效果為:本發明的UPF邱且尼控制的定位方法，能夠具體的給出控制 器影響指定的電力系統機電振蕩模態的過程，從而為選擇控制器穩定信號提供物理意義方 面清晰的指導。
【附圖說明】
[0054] 圖1是本發明的統一潮流控制器UPFC的結構示意圖。
[0055] 圖2是本發明的裝有UPFC多機系統線性化化illips-Hef打on模型示意圖。
[0056] 圖3是本發明的UPF邱且尼控制器傳遞函數框圖。
[0057] 圖4是本發明的模態分析分解式的物理意義示意圖。
[0058] 圖5是本發明的裝有UPFC及其阻尼控制器的簡單四機二區域電力系統結構示意 圖。
[0059] 圖6(a)、圖6(b)、圖6(c)、圖6(d)是本發明的DTA指標計算結果物理意義示意圖；圖 6(a)在調制信號A me上附加阻尼控制信號；圖6(b)在調制信號A mb上附加阻尼控制信號；圖 6(c)在調制信號A 5。上附加阻尼控制信號；圖6(d)在調制信號A Sb上附加阻尼控制信號。
[0060] 圖7是本發明的阻尼穩定器對模態的傳遞單向通道示意圖。
[0061] 圖8是本發明的調制通道選擇仿真的結果。
【具體實施方式】
[0062] 如圖所示，一種UPF邱且尼控制的定位方法，包括如下步驟：
[0063] (1)收集數據;收集發電機內部電抗數據、勵磁系統數據，通過收據采集和監控系 統SCADA系統、能量管理系統EMS獲得電力系統穩態數據和靜態數據；
[0064] (2)計算包含UPFC的開環系統線性化矩陣；
[0066] 式中，A郵，A Se, A me，A Sb為線性化后的UPFC輸入控制信號，S為發電機功角狀態 變量向量，W為發電機轉速狀態變量向量，Eq為勵磁電流空載電動勢，Efd為發電機勵磁電 壓，Vdc為UPFC直流電容電壓；A為線性化算子，變量加點為微分算子;M為發電機慣性常數對 角矩陣，Ka與Ta分別是自動電壓調節器的增益和時間常數，do為勵磁繞組時間常數;Ki~K9 與Kpd、Kqd、Kvd、Kpe、Kpde、Kpb、Kpdb、Kve、Kvde、Kvde、Kqb、Kqdb、Kvb、Kvdb為線性化系數；
[0067] 將(1)式中的有關系數寫成如下向量
[006引如圖2所示，為式(1)所示線性化模型的傳遞函數框圖；
[0069]將(1)用分塊矩陣表示，則進一步寫為：
[0071] 式中，CO 〇1為對角陣，CO 0為額定角速度;S為發電機功角狀態變量向量，O為發電機 轉速狀態變量向，U為控制器輸出信號，j為發電機個數;A21，A22，A23，Asi，A32，A33，B2，B3為上述 公式中的分塊矩陣;Z為除了功角和轉速之外的發電機狀態變量，還包括UPFC自身的狀態變 量(不包括附加阻尼控制器的狀態變量）；
[0072] (3)計算全系統線性化模型;假設阻尼控制器傳遞函數為G(S)，貝。
[0075] 式中，y為輸出變量，C為狀態變量到反饋量y的傳遞函數；
[0076] 聯立式(3)和(4)即可得到全系統線性化方程：
[0077] = +
[007引 （5)
[0079] Ay = CAX
[0080] 其中，X為系統狀態變量，A為系統線性化矩陣，B為控制矩陣，C為輸出矩陣；
[0081] (4)計算前向通道函數町（S);根據狀態方程，可得傳遞函數框圖如圖3所示，控制 信號A U到發電機機電振蕩環節的前向通道函數為：
[0082] Bj(s)=A23(sI-A33廠 1B3+B2 (6)
[0083] (5)計算阻尼轉矩系數Du;UPF邱且尼控制器針對第i個振蕩模態向系統中第j臺發 電機提供的阻尼轉矩系數化J為：