基于改进矩阵束算法的多馈入直流系统附加阻尼控制器的布点方法

文档序号:7387036阅读:228来源:国知局
基于改进矩阵束算法的多馈入直流系统附加阻尼控制器的布点方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于改进矩阵束算法的多馈入直流系统附加阻尼控制器的布点方法,其特点是通过改进矩阵束算法辨识功角振荡数据来计算对主导振荡模式的直流控制敏感因子以确定对主导振荡模式的最佳直流附加阻尼控制器安装地点。该方法不仅通过改进矩阵束算法提高了运算效率和抗扰能力,而且充分考虑控制器对主导振荡模式的控制代价及控制器的相互作用,提出了直流控制敏感因子的概念,能够正确定位直流附加阻尼控制器的最佳安装地点。
【专利说明】基于改进矩阵束算法的多馈入直流系统附加阻尼控制器的布点方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于改进矩阵束算法的多馈入直流输电系统附加阻尼控制器布点方法,属于高压直流输电领域。

【背景技术】
[0002]高压直流输电(HVDC)系统附加控制器的控制效果与其输入和输出信号位置的选择关系密切。正确的选点隔离控制器和振荡模态的相互作用,改变传函的零极点分布,降低控制代价,提高控制性能。广域测量系统(WAMS)的成熟使HVDC系统附加控制器可供选择的观测信号范围扩展到全系统的各种电气量,控制与观测信号的布点能够分离。并且,多馈入直流(MIDC)的形成让HVDC附加控制器布点更灵活。
[0003]非线性系统的能控性与能观性分析借助微分几何,但是该方法应用困难。因此,通常将系统在某一平衡点处加以近似线性化,从而利用成熟的线性系统分析方法来考察非线性系统的能控和能观性。在实际的多直流落点系统能控性与能观性分析时,系统架构有时变性,基于解析法的特征值分析受制于精确线性化电力系统数学模型的获取,需时域仿真与具备抗扰性能的辨识技术结合来解决。现有技术主要依据prony分析辨识传递函数中某一振荡模式的留数值来确定附加阻尼控制器的安装地点,因此,未考虑控制器相互作用,且对噪声敏感。


【发明内容】

[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种基于改进矩阵束算法的多馈入直流输电系统附加阻尼控制器布点方法,其特点是可直接以测量数据构成的Hankel矩阵为基础,避免求取信号的相关矩阵。同时,数据被分解为信号子空间和噪声子空间,通过信号空间来辨识信号参数。因此,提高了运算效率和抗噪能力。并且,采用该方法不仅能够衡量HVDC附加阻尼控制器单位输出量的阻尼效果,而且反映控制器对主导振荡模式的相对控制能力。
[0005]本发明的目的由以下技术措施实现:
[0006]基于改进矩阵束算法的多馈入直流系统附加阻尼控制器的布点方法包括以下步骤:
[0007]I)通过小扰动程序计算得到系统的振荡模式,筛选出关键的弱阻尼振荡模式λ i ;
[0008]2)计算系统中各主要发电机对某振荡模式Mi的参与因子,取参与因子相对较大机组的功角曲线;
[0009]3)通过改进矩阵束辨识方法确定多馈入直流输电系统某直流线路对功角曲线变化量Af中所含振荡模式的灵敏度,其基本过程是:在某直流功率整定值处施加阶跃扰动 -1 ,检测扰动后发电机功角的变化量M1",并通过改进矩阵束辨识GW = Sl中所有振荡模式所对应的留数,获取振荡模式Xi对应频率的留数模值,最后计算该直流对振荡模式Mi的控制敏感因子V;
[0010]可以认为,控制敏感因子愈高的直流线路,愈宜作为附加直流控制器抑制振荡模式λ i的输出作用点,即该直流线路是对于振荡模式λ i的控制敏感点;
[0011]4)若系统中存在多个弱阻尼振荡模式,可重复步骤2)、3),求得各振荡模式的控制敏感点,并生成各直流的能控性分析表;
[0012]所述改进矩阵束算法和直流控制敏感因子为:
[0013]I)改进矩阵束算法为:
[0014]通过将信息熵引入矩阵束的方法来确定求解模态阶数;
[0015]对利用实测信号构造的Hankel矩阵Y进行奇异值分解(SVD):
[0016]Y = SVDt(I)
[0017]其中,S为(N-L) X (N-L)的正交矩阵,D为(L+1) X (L+1)正交矩阵,V为(N-L) X (L+1)的对角阵,其对角元素σ i即为Hankel矩阵的第i个奇异值;
[0018]对于不含噪声的信号,Y有(L+1)个奇异值σ i,将其中非零值按下标由小到大构造一个非增序列,从Oi中筛选出其最大值σ_,若满足
[0019]O ^omax ^ μ(2)
[0020]则可将最大模态数记为n = i,其中,μ为设定的阈值,由V的前η个奇异值形成如下形式的新矩阵:
[0021]
(J1 ο οOI
OCT2 O ”.0
Wf-::::(q)
¥ — ?.-- ? I\ tJ /
OO Ocrj

^ (M-L^n)tXn J
[0022]其中,V'为(N-L) Xn矩阵,前η行是由Y的前η个非零奇异值组成的nXn方阵,后N-L-n行全为O ;
[0023]引入信息熵的概念来确定模态阶数,将奇异值σ i所占比重定义为Pi,则奇异值的信息熵可以表示为:

m
[0024]H(Y)=^YdPMPi)(4)


?—I

0*,/--*-1

Pi = ""f......?'""..........?"y?1 p.= I ? jffl ^ + I ?
[0025]其中,? 1

J=I
[0026]当Pi = 0时,PiIg (Pi) = O,随着奇异值σ i越小,其所占比重Pi越小,从而信息熵H(Y)收敛至有界值,当奇异值取值为01]1时,信息熵最接近有界值,则求解模态阶数记为n=m ;
[0027]2)直流控制敏感因子为:
φ =......W.......(5)
[_] ΣΝ1

/-1
[0029]其中,Σ 为各模式留数模值之和。
[0030]本发明具有如下优点:
[0031]本发明是通过改进矩阵束算法辨识功角振荡数据来计算对主导振荡模式的直流控制敏感因子以确定对主导振荡模式的最佳直流附加阻尼控制器安装地点。该方法不仅高效易行,而且,定位的控制地点的过程中充分考虑控制器对主导振荡模式的控制代价及控制器的相互作用。

【专利附图】

【附图说明】
[0032]图1为多馈入直流输电系统拓扑结构。
[0033]I五个区域电网,分别由交流断面与直流连接。117条直流,其中直流I号与2号连接区域电网A与区域电网B,3号直流连接区域电网A与区域电网Ε,4至7号直流连接区域电网C与区域电网D。III交流断面一与交流断面二,其中交流断面一连接区域电网A与区域电网B,交流断面二连接区域电网B与区域电网C。
[0034]图2为采用不同直流进行阻尼控制时某机组的功角曲线。
[0035]图3为采用不同直流进行阻尼控制时各直流的有功功率曲线。

【具体实施方式】
[0036]下面通过实施例对本发明进行具体的描述,有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
[0037]实施例
[0038]如图1所示,标识I所述测试系统由区域A、B、C、D、E,五个区域电网组成,标识II所述五个区域电网由7条直流与标识III所述两个交流断面连接;其中I号,2号直流连接区域电网A与区域电网D,3号直流连接区域电网A与区域电网E,4?7号直流连接区域电网C与区域电网D。区域A与区域B间存在交流断面一,区域B与区域C间存在交流断面
--O
[0039]1.控制敏感点挖掘
[0040]根据小扰动程序的计算结果,可知主导振荡模式为0.35Hz, I号机组对该模式的参与因子相对较大。因此,取为I号机组功角变化,Δ?|取I号直流、2号直流和3号直流有功功率变化。各直流的能控性分析表如下所示。
[0041]表I各直流线路的能控性分析表
[0042]

【权利要求】
1.一种基于改进矩阵束算法的多馈入直流系统附加阻尼控制器的布点方法,其特征在于该方法包括以下步骤: 1)通过小扰动程序计算得到系统的振荡模式,筛选出关键的弱阻尼振荡模式Ai; 2)计算系统中各主要发电机对某振荡模式Mi的参与因子,取参与因子相对较大机组的功角曲线^€; 3)通过改进矩阵束辨识方法确定多馈入直流输电系统某直流线路对功角曲线变化量Δ4*中所含振荡模式λ i的灵敏度,其基本过程是:在某直流功率整定值处施加阶跃扰动 f检测扰动后发电机功角的变化量4?",并通过改进矩阵束算法,辨识《.Ο - 中所有振荡模式所对应的留数,获取振荡模式λ i对应频率的留数模值最后计算该直流对振荡模式Mi的直流控制敏感因子Ilf I 可以认为,控制敏感因子愈高的直流线路,愈宜作为附加直流控制器抑制振荡模式λi的输出作用点,即该直流线路是对于振荡模式λ i的控制敏感点; 4)若系统中存在多个弱阻尼振荡模式,可重复步骤2)、3),求得各振荡模式的控制敏感点,并生成各直流的能控性分析表。
2.如权利要求1所述基于改进矩阵束算法的多馈入直流系统附加阻尼控制器的布点方法,其特征在于改进矩阵束算法和直流控制敏感因子为: I)改进矩阵束算法为: 通过将信息熵引入矩阵束的方法来确定求解模态阶数; 对利用实测信号构造的Hankel矩阵Y进行奇异值分解(SVD): Y = SVDt(I) 其中,S为(N-L) X (N-L)的正交矩阵,D为(L+l) X (L+1)正交矩阵,V为(N-L) X (L+1)的对角阵,其对角元素σ i即为Hankel矩阵的第i个奇异值; 对于不含噪声的信号,Y有(L+1)个奇异值σ i,将其中非零值按下标由小到大构造一个非增序列,从σ i中筛选出其最大值σ_,若满足 . 0 i/° max ^ l.!(2) 则可将最大模态数记为n= i,其中,μ为设定的阈值,由V的前η个奇异值形成如下
其中,V'为(N-L) Xn矩阵,前η行是由Y的前η个非零奇异值组成的nXn方阵,后N-L-n行全为O ; 引入信息熵的概念来确定模态阶数,将奇异值σ i所占比重定义为Pi,则奇异值的信息熵可以表示为:

m?(F) = —HP, Ig P,)(4)
CT-/ - ?
Pi = '7'■■■■■■■■■■■■i■■■■■1■■■■■■■■■■~ , y' P = I, M < L -l.I %其中,幻

/-1当Pi = O时,PiIg(Pi) = O,随着奇异值O i越小,其所占比重Pi越小,从而信息熵H(Y)收敛至有界值,当奇异值取值为σ m时,信息熵最接近有界值,则求解模态阶数记为n = m ; 2)直流控制敏感因子为:W(5)

Π? /:;

ΣΙ^Ι


,-? 其中,Ικ I为各模式留数模值之和。
/-1
【文档编号】H02J3/36GK104201708SQ201410376847
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】李兴源, 赵睿, 李保宏, 林桥, 刘天琪, 王渝红, 张英敏, 易俊, 王安斯 申请人:四川大学
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