一种交直流混联系统的频率稳定控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种交直流混联系统的频率稳定控制方法，设计了一个考虑紧急发电控制和高压直流功率支援的低频减载优化模型，并提出了一种兼顾考虑频率恢复性能和切负荷量大小的目标函数，选取低频减载程序的动作频率和每轮切负荷量作为控制变量，利用含维变异算子的云自适应粒子群算法对方案进行优化，实现交直流混联系统频率的智能控制。本发明的控制方法，解决交直流混联系统故障后出现的频率振荡而可能使系统失稳以及系统频率恢复的经济性之间的协调优化问题；优化低频减载方案，智能搜索最优整定方案，考虑频率恢复性能，最小化所切负荷量，改善交直流混联系统暂态性能和稳态性能。
【专利说明】一种交直流混联系统的频率稳定控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及现代电力系统保护与控制领域，特别涉及一种交直流混联系统的频率 稳定控制方法。
【背景技术】
[0002] 频率作为衡量电能质量的重要指标之一，频率的异常会给电力系统带来诸多不良 的影响，严重时会危害系统稳定，影响系统运行的经济性。
[0003] 电力系统中出现较大有功缺额时，低频减载（UFLS)是恢复频率稳定的最重要手 段之一。目前，低频减载方法主要有传统低频减载与自适应低频减载两类。国内外传统的 低频减载方案，主要是由运行人员根据实际系统的运行操作经验，计算机仿真分析结论整 定的。传统UFLS方案采取固定延时固定切除量，离线整定，实时性较差，可能造成过切或者 欠切。取频率变化率的自适应低频减载，尽管可以灵活地设置动作时间和负荷切除量，但大 多数没有考虑系统拓扑结构、发电机的调频特性和负荷的频率特性，可能导致不必要的负 荷损失。此外，当出现频率振荡时，仅仅采用频率瞬时变化率作为信号可能造成测量的不准 确。
[0004] 随着特高压电网和超高压直流输电的发展，越来越复杂的网架结构及多变的运行 方式将使得频率控制更加复杂。近年来国内外的改进方案所研究的模型较少涉及直流输电 系统的频率控制作用，以及考虑其与紧急发电控制（EAGC)相协调的情况下配合低频减载， 以进一步增强系统频率稳定性。为此，需要一种考虑交直流互联系统紧急发电控制作用，考 虑协调增加发电机出力与直流系统紧急功率支援的低频减载优化整定模型，以提高系统运 行的稳定性和经济性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种交直流混联系统的频率 稳定控制方法。
[0006] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：
[0007] 一种交直流混联系统的频率稳定控制方法，包含以下顺序的步骤：
[0008] S1.设计一个反映交直流混联系统的低频减载方案的优化目标，所述优化目标兼 顾频率恢复性能和切负荷量的大小；
[0009] S2.设计紧急发电控制模型和高压直流功率支援控制器，并将两者结合到低频减 载的计算模型中，优化低频减载方案；
[0010] S3·确定优化低频减载方案的整定参数，包括各轮动作频率和各轮切负荷量，并将 各轮动作频率和各轮切负荷量作为控制变量，确定整定方案；同时确定低频减载方案相关 参数；
[0011] S4.在优化算法中嵌入了时域仿真程序进行仿真，以优化目标为判据，获取在寻优 可行域内的最优整定值，得到低频减载的优化方案。
[0012] 步骤S1中，所述的兼顾频率恢复性能和切负荷量的优化目标如下：
[0013] 1? =
[0014] 其中，为优化目标函数值，为焉+ 的最小值、ΔΡ分别是在f? t 坐标系下额定频率和实际频率轨迹所围面积、总切负荷量；λ 1、λ 2分别是道/kJ；、Δρ的权 值，且λ 1+ λ 2 = L 〇 ;fN为额定频率，fk为实际频率，即频率的瞬时值。 η {
[0015] 所述的$ 的计算方法为 :焉V- 1 - '其中，η为低频减载的动作 轮数，t' k为第k轮动作的实际时间； 」》
[0016] ΔΡ的计算方法为： ，其中，ΔΡ11ε为第k轮动作的切负荷量。 ..秦=1..
[0017] 所述的步骤S2具体如下：在交直流混联系统中，区域i中增加自适应反步滑模控 制器的频率控制模型具体为：
[0018]
【权利要求】
1. 一种交直流混联系统的频率稳定控制方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：
51. 设计一个反映交直流混联系统的低频减载方案的优化目标，所述优化目标兼顾频 率恢复性能和切负荷量的大小；
52. 设计紧急发电控制模型和高压直流功率支援控制器，并将两者结合到低频减载的 计算模型中，优化低频减载方案；
53. 确定优化低频减载方案的整定参数，包括各轮动作频率和各轮切负荷量，并将各 轮动作频率和各轮切负荷量作为控制变量，确定整定方案；同时确定低频减载方案相关参 数；
54. 在优化算法中嵌入了时域仿真程序进行仿真，以优化目标为判据，获取在寻优可行 域内的最优整定值，得到低频减载的优化方案。
2. 根据权利要求1所述的交直流混联系统的频率稳定控制方法，其特征在于，步骤S1 中，所述的兼顾频率恢复性能和切负荷量的优化目标如下：
其中，为优化目标函数值，为名心4 +4AF的最小值；、ΛΡ分别是在f_t坐 标系下额定频率和实际频率轨迹所围面积、总切负荷量；λ ρ λ 2分别是、ΛΡ的权值， 且λ 1+λ 2 = 1. 〇 ;fN为额定频率，fk为实际频率，即频率的瞬时值。
3. 根据权利要求2所述的交直流混联系统的频率稳定控制方法，其特征在于，所述的 ? 的计算方法为：
其中，η为低频减载的动作轮数，t' k为第k 轮动作的实际时间； ΔΡ的计算方法为：
其中，Λ Plk为第k轮动作的切负荷量。
4. 根据权利要求1所述的交直流混联系统的频率稳定控制方法，其特征在于，所述的 步骤S2具体如下：在交直流混联系统中，区域i中增加自适应反步滑模控制器的频率控制 模型具体为：
基于广域测量系统，设计了一个考虑紧急发电控制和高压直流功率支援的自适应反步 滑模控制器模型具体如下： A、 紧急发电控制模型：
B、 高压直流控制模型： 其中，Λ 为区域的惯性中心角频率的增量，f为角加速度，
4,为 区域i的等值惯性时间常数，Μ。为区域的第u号机组的惯性时间常数，ni为区域i的发电 机组数量，APsu，u为区域i的第u号机组出力的增量，Δ/^^为 APsu，u的变化率， 区域i的负荷的增量，ΛPwt i为区域i的交流线路输送出去的功率的增量，ΛPd。为直流传 输功率，为APd。的变化率；Dy为区域i的等值阻尼，APi为区域i的功率缺额，TT;i， u 为区域i的第u号机组汽轮机的时间常数，Λ μ i u为区域i的第u号机组汽轮机阀门开度， △A,?为Λ μ i u的变化率，为区域i的第u号机组调速器的时间常数，Ri，u为区域i的 第u号机组的调速器速度下降率，U(UiU为区域i的第u号机组的紧急功率输入，Td。为直流 功率控制时间常数，ud。为高压直流线路的控制信号。
5. 根据权利要求1所述的交直流混联系统的频率稳定控制方法，其特征在于，步骤S3 中，所述的作为控制变量的各轮动作频率、各轮切负荷量，根据工程经验进行限定： 第一轮基本轮的动作频率：f\〈49. 5Hz ; 最后一轮基本轮的动作频率：flast>47. 5Hz ; 所切负荷量：
％ S AFS; 其中，APs为系统的功率缺额。
6. 根据权利要求5所述的交直流混联系统的频率稳定控制方法，其特征在于，所述的 Λ Ps由下式确定：
>sys/ai vs.;其中MT，sys为系统的惯性时间常数，为系统的惯 性中心频率的变化率。
7. 根据权利要求1所述的交直流混联系统的频率稳定控制方法，其特征在于，所述的 步骤S4具体包含以下步骤：
541. 利用仿真程序建立优化目标函数和考虑紧急发电控制和高压直流功率支援的低 频减载计算模型，并进行初始化；
542. 对建立的模型给予一定的扰动，产生一定的功率缺额，进行仿真计算；
543. 估算系统的功率缺额，并选择应对扰动的措施；
544. 给定控制参数并进行仿真，计算初始目标函数值；
545. 采用优化算法逐次产生控制参数，再次进行仿真计算，计算目标函数值，并更新最 优解；
546. 判断迭代次数是否达到预设的次数，若满足则停止仿真，当前最优解为该方案的 最优解；否则，执行步骤S45。
8. 根据权利要求1所述的交直流混联系统的频率稳定控制方法，其特征在于，步骤S4 中，所述的优化算法为含维变异算子的云自适应粒子群算法，具体如下： (1)根据云理论、分子群自适应调整的策略，惯性权重ω的变化规律如式：
其中，Ex = fav, En = (fav-fmin)/ml, He = En/m2, ml、m2为控制参数，在正态云模型中， En决定正态云模型的陡峭程度，He决定云滴的离散程度，由En' = normrnd(En, He)产生 概率为正态分布的随机数； ε为粒子群第k代的当前全局最优值与某粒子当前适应度值的比值为第k次迭代 中粒子Xi的适应度值，fav为所有粒子适应度值总和的平均值；fmin为全局最优粒子的适应 度值； (2)寻优后期引入维变异机制，其策略如下式： Xid-min - ^id min+rand X (Xjd max_^idmin) rand^Pm ； 其中，id_min代表需要变异的维，即收敛程度最高的维；Xid min为粒子在第id_min维上 的位置；rand是为[0, 1]上均匀分布的随机数；变异率pm为[0, 1]上的常数，维变异使粒 子重新均匀分布在该维的可行区域[Xidmin，Xidmax]上。
【文档编号】H02J3/46GK104300568SQ201410413274
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】杜兆斌, 魏洁平, 胡海文, 陈永伟, 林伟丰, 张尧, 杜婉琳 申请人:华南理工大学