[发明专利]一种UPFC阻尼控制的定位方法

权利要求书

1.一种UPFC阻尼控制的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)收集数据；收集发电机内部电抗数据、励磁系统数据，通过收据采集和监控系统 SCADA系统、能量管理系统EMS获得电力系统稳态数据和静态数据；

(2)计算包含UPFC的开环系统线性化矩阵；

Δδ·Δω·ΔE·qΔE·fdΔV·DC+0ω0I000-M-1K1-M-1D-M-1K20-M-1Kpd-T′d0-1K40-T′d0-1K3T′d0-1-T′d0-1Kqd-TA-1KAK50-TA-1KAK6-TA-1-TA-1KAKvdK70K80-K9ΔδΔωΔEqΔEfdΔVDC+0000-M-1Kpe-M-1Kpde-M-1Kpb-M-1Kpdb-T′d0-1Kve-T′d0-1Kvde-T′d0-1Kqb-T′d0-1Kqdb-TA-1KAKve-TA-1KAKvde-TA-1KAKvb-TA-1KAKvdbKceKcδeKcbKcδbΔmEΔδEΔmBΔδB---(1)]]>

式中，Δm_E,Δδ_E,Δm_B,Δδ_B为线性化后的UPFC输入控制信号，δ为发电机功角状态变量 向量，ω为发电机转速状态变量向量，E_q为励磁电流空载电动势，E_fd为发电机励磁电压，V_DC为UPFC直流电容电压；Δ为线性化算子，变量加点为微分算子；M为发电机惯性常数对角矩 阵，K_A与T_A分别是自动电压调节器的增益和时间常数，T_d'₀为励磁绕组时间常数；K₁～K₉与 K_pd、K_qd、K_vd、K_pe、K_pde、K_pb、K_pdb、K_ve、K_vde、K_vde、K_qb、K_qdb、K_vb、K_vdb为线性化系数；

将(1)式中的有关系数写成如下向量Δn=ΔVDCΔukKv=TA-1KAKvdTA-1KAKvukKP=M-1KpdM-1Kpuk,Kq=T′d0-1KqdT′d0-1Kquk---(2)]]>

将(1)用分块矩阵表示，则进一步写为：

Δδ·jΔω·jΔZ·=0ω0I0-A21-A22A23A31A32A33ΔδjΔωjΔZ+0B2B3Δu---(3)]]>

式中，ω₀Ι为对角阵，ω₀为额定角速度；δ为发电机功角状态变量向量，ω为发电机转速 状态变量向，u为控制器输出信号，j为发电机个数；A₂₁，A₂₂，A₂₃，A₃₁，A₃₂，A₃₃，B₂，B₃为上述公式 中的分块矩阵；Z为除了功角和转速之外的发电机状态变量，还包括UPFC自身的状态变量 (不包括附加阻尼控制器的状态变量)；

(3)计算全系统线性化模型；假设阻尼控制器传递函数为G(s)，则

Δu=G(s)ΔycΔy=CTΔδjΔωjZ---(4)]]>

式中，y为输出变量，C为状态变量到反馈量y的传递函数；

联立式(3)和(4)即可得到全系统线性化方程：

ΔX·=AΔX+BΔuΔy=CΔX---(5)]]>

其中，X为系统状态变量，A为系统线性化矩阵，B为控制矩阵，C为输出矩阵；

(4)计算前向通道函数B_j(s)；根据状态方程，控制信号Δu到发电机机电振荡环节的前 向通道函数为：

B_j(s)＝A₂₃(sI-A₃₃)^-1B₃+B₂(6)

(5)计算阻尼转矩系数D_ij；UPFC阻尼控制器针对第i个振荡模态向系统中第j台发电机 提供的阻尼转矩系数D_ij为：

D_ij＝M[B_j(λ_i)γ_j(λ_i)G(λ_i)],j＝1,2,…N(7)

若定义，j＝1,2,…N(8)，则式(7)可表示为：

其中，M为发电机惯性常数对角矩阵；

(6)计算重构系数γ_j(λ_i)；根据线性控制理论，输出信号y是状态变量的组合，即有：

y＝γ_j(s)Δω_j,j＝1,2,…N(10)

其中，γ_j(λ_i)为控制器输入反馈信号用各台发电机转速状态变量重构的重构系数；

(7)计算发电机灵敏度S_ij；定义模态λ_i对第j台发电机转矩T_Dij的灵敏度参数来衡量影 响转矩对模态的影响程度为S_ij：

Sij=∂λi∂Dij---(16)]]>

(8)计算DTA指标系统第i个振荡模态可表示为：

Δλi=Σj=1N∂λi∂DijDij---(17)]]>

根据式(16)，上式进一步化简为：

UPFC控制器通过两种渠道向第i个振荡模态提供阻尼，首先通过各个机组振荡模态的 参与性S_ij对模态的阻尼起作用；还通过对各个机组的机电振荡提供阻尼转矩，因此 DTA指标可定义为：

(9)选择UPFC阻尼控制器反馈通道；通过输出步骤(7)中得到的DTA指标并比较其大 小即可选择出UPFC阻尼控制器反馈通道。

2.如权利要求1所述的UPFC阻尼控制的定位方法，其特征在于，步骤(6)中计算重构系 数的方法如下：根据线性控制理论得，

其中，m为状态变量的总个数，a_i为状态量初值，则输出变量：

y=CX=Σi=1mai·eλiCVi=Σi=1mai·eλiCi---(12)]]>

而状态变量：

Δωj=Σi=1mai·eλiVi2j---(13)]]>

因此可以得到：

γj(λi)=yΔωj=Σi=1mai·eλiCiΣi=1mai·eλiVi2j---(14)]]>

假设只针对第i个振荡模态，则可以选取初值使得a_j＝0,(j＝1,2...i-1,i+1,...m)，则 上式又可写为：

γj(s)=Σi=1mai·eλiCiΣi=1mai·eλiVi2j=ai·eλiCiai·eλiVi2j=CiVi2j---(15)]]>

其中v_i为相应于λ_i的右特征向量，v_i2j为v_i中对应于Δω_j的分量，j为第j台发电机。