基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法及装置与流程

本发明涉及电力系统电磁与机电暂态稳定分析技术领域，特别涉及一种基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法及装置。

背景技术：

相关技术中，在各种电力系统已有的暂态稳定分析和控制策略中，均需要先判断系统是否失稳(进入警戒或紧急状态)，再确定控制逻辑。如果系统未失稳则不采用紧急控制策略，如果失稳则采取预先拟定的控制策略如切机、切负荷等。传统的判稳方法主要有时域仿真法、直接法和混合法等。时域仿真法将电力系统各元件模型根据拓扑结构形成全系统的数学模型，建立描述其动态行为的微分-代数方程组，在保留系统的非线性特征及考虑元件动态响应的基础上，以稳定工况的潮流解为初值，求解所列方程组，得到系统状态量随时间变化的数值解，从而判断系统的暂态稳定性并采取相应的控制。但由于电力系统是一个复杂的非线性系统，从数学理论角度对系统进行建模并判断是否稳定是十分困难的：；简化模型的误差大，判断不准；而精确模型的计算量大，难以求解或需耗费较长的时间，因此会影响紧急控制策略的快速切换。直接法是从系统能量及其转化角度分析暂态功角稳定问题，避免了数值积分过程，计算速度快且能提供系统的稳定裕度。混合法则将前面两种方法相结合，首先通过时域仿真得到系统变量曲线，然后根据轨迹计算系统的能量，进而判断系统的暂态功角稳定性，进行控制。但由于系统中负荷动态特性难以准确描述，直接法的应用较为有限。随着非线性理论的快速发展，也有分岔理论、混沌理论、中心流行理论等新方法不断应用于系统稳定性的判断，但仍处于研究阶段，尚难投入工程应用。

此外，电力电子装置具备毫秒级有功功率、无功功率控制速度，控制范围很大，已经越来越多地应用于电力系统中。如果继续沿用上述传统控制思路，则会因稳定判断用时较长的问题而延误控制的最佳时机。

因此，传统控制思路已不适用于当前的电力系统，尤其是含高比例电力电子装置的交直流互联电力系统的稳定控制要求，并且传统控制理论也未能充分利用电力电子装置快速、强大的控制能力，提高系统有功功率、无功功率的平衡速度，有待改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法，该方法可以有效提高系统的暂态稳定性。

本发明的另一个目的在于提出一种基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制装置。

为达到上述目的，本发明一方面提出了一种基于趋向稳定状态的暂态稳定控制方法，包括以下步骤：根据电力系统的基本参数获取可运行的不同平衡点，并确定可保持系统稳定的初始状态集合；根据预设要求设定多目标的函数约束，并在所述电力系统发生故障时，获取故障清除后的系统状态与可趋稳初始状态之间的距离，确定与系统当前状态最为接近的可趋稳初始状态；通过所述电力系统中各电力电子装置的协调控制使所述电力系统平稳快速过渡到所述可趋稳初始状态，以对所述电力系统进行稳定控制。

本发明实施例的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法，可以根据系统可保持稳定的初始状态集合以及故障后系统状态与各可趋稳初始状态之间的距离，确定与系统状态最近的可趋稳初始状态，从而不需判断系统是否失稳，直接通过电力电子装置协调控制使系统平稳快速过渡到最近的可趋稳初始状态，实现系统的稳定控制，进而有效提高系统的稳定性。

另外，根据本发明上述实施例的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述通过所述电力系统中各电力电子装置的协调控制使所述电力系统平稳过渡到所述可趋稳初始状态，进一步包括：通过状态识别神经网络根据所述当前状态获取控制目标；根据当前阶段选择选择电磁暂态稳定控制策略、机电暂态稳定控制策略或振荡抑制控制策略，以对多目标进行协调控制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在选择所述电磁暂态稳定控制策略时，所述各电力电子装置采用局部优化对所述电力系统进行控制，以保证瞬态有功功率和瞬态无功功率的平衡，并保持电力电子装置正常运行不失稳；在选择所述机电暂态稳定控制策略时，将所述可趋稳初始状态作为所述控制目标，所述各电力电子装置通过协调控制将所述系统当前状态控制到达所述可趋稳定初始状态；在选择所述振荡抑制控制策略时，通过宽频振荡阻尼控制改善所述电力系统动态特性，以使所述电力系统快速进入平衡态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述电力系统的运行状态可以包括正常状态、警戒状态、紧急状态、极端状态和恢复状态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多目标的函数约束可以包括电压的函数约束、电流的函数约束、频率的函数约束、功率的函数约束。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制装置，包括：采集模块，用于根据电力系统的基本参数获取可运行的不同平衡点，并确定可保持系统稳定的初始状态集合；获取模块，用于根据预设要求设定多目标的函数约束，并在所述电力系统发生故障时，获取故障清除后的系统状态与可趋稳初始状态之间的距离，确定与系统当前状态最为接近的可趋稳初始状态；控制模块，用于通过所述电力系统中各电力电子装置的协调控制使所述电力系统平稳快速过渡到所述可趋稳初始状态，以对所述电力系统进行稳定控制。

本发明实施例的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制装置，可以根据系统可保持稳定的初始状态集合以及故障后系统状态与各可趋稳初始状态之间的距离，确定与系统状态最近的可趋稳初始状态，从而不需判断系统是否失稳，直接通过电力电子装置协调控制使系统平稳过渡到最近的可趋稳初始状态，实现系统的稳定控制，进而有效提高系统的稳定性。

另外，根据本发明上述实施例的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制模块还用于通过状态识别神经网络根据所述当前状态获取控制目标，并根据当前阶段选择电磁暂态稳定控制策略、机电暂态稳定控制策略或振荡抑制控制策略，以对多目标进行协调控制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在选择所述电磁暂态稳定控制策略时，所述各电力电子装置采用局部优化对所述电力系统进行控制，以保证瞬态有功功率和瞬态无功功率的平衡，并保证电力电子装置正常运行不失稳，且在选择所述机电暂态稳定控制策略时，将所述可趋稳初始状态作为所述控制目标，所述各电力电子装置通过协调控制将所述系统当前状态控制到达所述可趋稳初始状态，以及在选择所述振荡抑制控制策略时，通过宽频振荡阻尼控制改善所述电力系统动态特性，以使所述电力系统快速进入平衡态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述电力系统的运行状态可以包括正常状态、警戒状态、紧急状态、极端状态和恢复状态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多目标的函数约束可以包括电压的函数约束、电流的函数约束、频率的函数约束、功率的函数约束。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1根据本发明一个实施例的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法的流程图；

图3为根据本发明一个实施例的电力系统运行状态的相互转换关系的示意图；

图4为根据本发明另一个实施例的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法的流程图；

图5为根据本发明一个实施例的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在介绍基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法及装置之前，先简单介绍一下传统的电力系统稳定控制的方法。

随着区域电网互联和可再生能源发电的远距离集中并网的不断发展，电力电子装置正大量接入电力系统，为电力系统的安全稳定运行带来了新的问题。对于含高比例电力电子装置的电力系统，如何在系统发生故障后施加快速而准确的控制措施以保证系统安全稳定运行是当前电力工业发展的一个重要课题。

电力系统的控制目标取决于系统当前的运行状态。正常情况下，控制的目标是系统的电压、频率尽可能接近额定值以使运行尽可能有效率。当检测到系统故障、处于非正常运行状态时，控制的目标是使系统恢复到正常运行状态。

在正常状态下，所有系统变量都在其额定范围内，没有过负荷的设备，系统运行在安全的方式下。如果系统的安全水平下降到低于某一适当的界限，或者由于不利的天气条件如特大暴风雨等使故障干扰的可能性增加，则系统进入警戒状态。在警戒状态下，可以采取预防措施如改变系统发电出力(安全调度)或增加备用容量等方式将系统恢复到正常状态，如果无法恢复，系统将保持在警戒状态。此时所有系统变量仍在允许的范围内，所有约束条件都能得到满足，但系统状态非常脆弱，一次偶然事故的发生便会造成设备的过负荷，从而使系统进入紧急状态。在紧急状态下，许多母线电压降低且/或设备负荷超出其短时紧急额定值。此时系统将采取紧急控制措施，如清除故障、励磁控制、快关汽门、切机、再投入发电机等措施，尽最大可能使系统恢复到警戒状态。如果以上措施未能采取或无法奏效，则系统进入极端状态，出现连锁停电、主要部分停机等重大事故。此时仍可采取一些控制措施如切除负荷以及有控制的系统解列等，将停电控制在尽可能小且不重要的范围内。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法。

图1是本发明一个实施例的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法的流程图。

如图1所示，该基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法包括以下步骤：

在步骤s101中，根据电力系统的基本参数获取可运行的不同平衡点，并确定可保持系统稳定的初始状态集合。

可以理解的是，本发明实施例可以根据系统基本参数，计算出系统可运行的不同平衡点，并确定系统可保持稳定的初始状态集合sn＝{sk，k＝1，…，n}。

在步骤s102中，根据预设要求设定多目标的函数约束，并在电力系统发生故障时，获取故障清除后的系统状态与可趋稳初始状态之间的距离，确定与系统当前状态最为接近的可趋稳初始状态。

可选地，在本发明的一个实施例中，多目标的函数约束可以包括电压的函数约束、电流的函数约束、频率的函数约束、功率的函数约束。

可以理解的是，本发明实施例可以根据系统中发电机、负荷及各种电力电子装置的安全稳定运行要求，设定包括电压、电流、频率、功率等多目标的函数约束，当系统发生故障时，计算故障清除后的系统状态与各可趋稳初始状态之间的“距离”，确定与系统当前状态最为接近的可趋稳初始状态

在步骤s103中，通过电力系统中各电力电子装置的协调控制使电力系统平稳快速过渡到可趋稳初始状态，以对电力系统进行稳定性控制。

也就是说，本发明实施例可以通过系统中各电力电子装置的协调控制使系统平稳过渡到最近的可趋稳初始状态，从而实现系统的稳定控制。

进一步地，在发明的一个实施例中，通过电力系统中各电力电子装置的协调控制使电力系统平稳过渡到可趋稳初始状态，进一步包括：通过状态识别神经网络根据当前状态获取控制目标；根据当前阶段选择选择电磁暂态稳定控制策略、机电暂态稳定控制策略或振荡抑制控制策略，以对多目标进行协调控制。

具体而言，电力电子装置的协同控制根据控制目标分可以为三级，即电磁暂态稳定控制策略、机电暂态稳定控制策略与宽频振荡抑制策略，如图2所示，在电力系统受到干扰后，状态识别神经网络根据系统状态判断系统的控制目标，在不同阶段选择电磁暂态稳定控制、机电暂态稳定控制或振荡抑制控制策略，实现多目标的协调控制。

可选地，在发明的一个实施例中，在选择所示电磁暂态稳定控制策略时，各电力电子装置采用局部优化对电力系统进行控制，以保证瞬态有功功率和瞬态无功功率的平衡，并保电力电子装置正常运行不失稳；在选择机电暂态稳定控制策略时，将可趋稳初始状态作为控制目标，各电力电子装置通过协调控制将系统当前状态控制到达可趋稳初始状态；在选择振荡抑制控制策略时，通过宽频振荡阻尼控制改善电力系统动态特性，以使电力系统快速进入平衡态。

具体地，如图2所示，在系统受到大干扰后的电磁暂态过程中，状态识别神经网络将选择电磁暂态稳定控制策略，同时电力电子装置将采用电磁暂态稳定控制策略，并采用局部优化的控制，从而保证瞬态有功功率瞬态无功功率的平衡，确保电力电子装置能够正常运行不失稳。在机电暂态阶段，控制系统将选择最小距离的可趋稳初始状态作为控制目标，各电力电子装置将根据机电暂态稳定控制策略，通过协调控制将系统状态控制到达可趋稳初始状态，然后电力电子装置的控制策略将切换成宽频振荡阻尼控制，改善系统动态特性，实现系统快速进入平衡态，从而本发明实施例可以充分利用电力电子装置协调控制能力，使系统平稳过渡到最近的初始状态，实现系统的稳定控制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，电力系统的运行状态可以包括正常状态、警戒状态、紧急状态、极端状态和恢复状态。

可以理解的是，为了分析电力系统安全性并恰当地控制系统，通常将电力系统的运行状态分为正常、警戒、紧急、极端和恢复5种，它们的相互转换关系如图3所示。

在本发明的一个具体实施例中，如图4所示，本发明实施例的方法包括以下步骤：

在步骤s1中，电力系统故障清除后系统的状态为s0，同时可确保系统稳定的初始状态集合为sn＝{sk，k＝1，…，n}；

在步骤s2中，进行最近状态搜索即在sn中搜索与s0距离最近的状态，即为sl；

在步骤s3中，以sl状态为目标的电力电子设备进行协调控制；

在步骤s4中，判断控制的目标状态是否达到sl状态，若是，则执行步骤s5；若否，折执行步骤s3；

在步骤s5中，进行动态特性控制和阻尼控制。

根据本发明实施例提出的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法，可以根据系统可保持稳定的初始状态集合以及故障后系统状态与各可趋稳初始状态之间的距离，确定与系统状态最近的可趋稳初始状态，从而不需判断系统是否失稳，直接通过电力电子装置协调控制使系统平稳快速过渡到最近的可趋稳初始状态，实现系统的稳定控制，进而有效提高系统的稳定性。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制装置。

图5是本发明一个实施例的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制装置的结构示意图。

如图5所示，该基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制装置10包括：采集模块100、获取模块200和控制模块300。

其中，采集模块100用于根据电力系统的基本参数获取可运行的不同平衡点，并确定可保持系统稳定的初始状态集合。获取模块200用于根据预设要求设定多目标的函数约束，并在电力系统发生故障时，获取故障清除后的系统状态与可趋稳初始状态之间的距离，确定与系统当前状态最为接近的可趋稳初始状态。控制模块300用于通过电力系统中各电力电子装置的协调控制使电力系统平稳快速过渡到可趋稳初始状态，以对电力系统进行稳定性控制。本发明实施例的装置10可以通过电力电子装置协调控制使系统平稳快速过渡到最近的可趋稳初始状态，从而不需判断系统是否失稳，实现系统的稳定控制，进而有效提高系统的稳定性。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制模块300还用于通过状态识别神经网络根据当前状态获取控制目标，并根据当前阶段选择选择电磁暂态稳定控制策略、机电暂态稳定控制策略或振荡抑制控制策略，以对多目标进行协调控制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在选择所示电磁暂态稳定控制策略时，各电力电子装置采用局部优化对电力系统进行控制，以保证瞬态有功功率和瞬态无功功率的平衡，并保电力电子装置正常运行不失稳，且在选择机电暂态稳定控制策略时，将可趋稳初始状态作为控制目标，各电力电子装置通过协调控制将系统当前状态控制到达可趋稳初始状态，以及在选择振荡抑制控制策略时，通过宽频振荡阻尼控制改善电力系统动态特性，以使电力系统快速进入平衡态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，电力系统的运行状态可以包括正常状态、警戒状态、紧急状态、极端状态和恢复状态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，多目标的函数约束可以包括电压的函数约束、电流的函数约束、频率的函数约束、功率的函数约束。

需要说明的是，前述对基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的基于可趋向稳定状态的暂态稳定控制装置，可以根据系统可保持稳定的初始状态集合以及故障后系统状态与各可趋稳初始状态之间的距离，确定与系统状态最近的可趋稳初始状态，从而不需判断系统是否失稳，直接通过电力电子装置协调控制使系统平稳快速过渡到最近的可趋稳初始状态，实现系统的稳定控制，进而有效提高系统的稳定性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。