用于抑制低频振荡的电网调控方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于抑制低频振荡的电网调控方法和系统，包括：获取单机无穷大系统的状态变量；通过以下所述公式将获取的状态变量、预设的第一加权矩阵与第二加权矩阵、以及所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵转换为变换矩阵；将所述变换矩阵、所述第二加权矩阵和所述状态变量，转换为最优控制量；将所述最优控制量作为反馈控制量，对无穷大电网进行反馈调控。实施本发明的方法和系统，在提高对低频振荡的抑制效率的同时可降低对电网设备的磨损，以实现最优控制，有效提高电力系统的稳定性和发电机组的安全性。
【专利说明】用于抑制低频振荡的电网调控方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及领域电力【技术领域】，特别是涉及一种用于抑制低频振荡的电网调控方法和系统。
【背景技术】
[0002]电力系统提供的负阻尼抵消系统电机、励磁绕组、机械等原有的正阻尼，会导致总阻尼过小或为负，此 时若电力系统受到扰动，该扰动就会在负阻尼的作用下不断放大，形成低频振荡。低频振荡会严重影响电力系统的稳定性和发电机组的安全运行，甚至对电力系统造成破坏、导致大面积停电。
[0003]而在发电机调速系统侧的电力系统稳定器，作用是通过调速系统控制产生一个正阻尼力矩来抑制电力系统的低频振荡。目前实现调速器侧电力系统稳定器的方法是通过在转速反馈通道中加超前校正来实现抑制低频振荡。
[0004]但是，上述振荡抑制方法，超前校正参数设定只是要求相位补偿大于相位滞后，因此，低频振荡的抑制效果差，导致电力系统的稳定性和发电机组的安全性低。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对上述振荡抑制方法对低频振荡的抑制效果差，导致电力系统的稳定性和发电机组的安全性低的问题，提供一种用于抑制低频振荡的电网调控方法和系统。
[0006]一种用于抑制低频振荡的电网调控方法，包括以下步骤:
[0007]获取单机无穷大系统的状态变量；
[0008]通过以下所述公式将获取的状态变量、预设的第一加权矩阵和第二加权矩阵、以及预设的与所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵转换为变换矩阵:
[0009]P - -PA - AfP + PBR 'B1 χΡ-0.[0010]其中，P为转换矩阵，Q为第一加权矩阵，R为第二加权矩阵，A为系统状态矩阵，B为系统控制矩阵；
[0011]将所述变换矩阵、所述第二加权矩阵和所述状态变量，转换为最优控制量；
[0012]将所述最优控制量作为反馈控制量，对无穷大电网进行反馈调控。
[0013]一种用于抑制低频振荡的电网调控系统，包括:
[0014]获取模块，用于获取单机无穷大系统的状态变量；
[0015]变换模块，用于通过以下所述公式将获取的状态变量、预设的第一加权矩阵和第二加权矩阵、以及预设的与所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵转换为变换矩阵:
[0016]P = -PA-A' P +PBR 'B1 xP-Q.[0017]其中，P为转换矩阵，Q为第一加权矩阵，R为第二加权矩阵，A为系统状态矩阵，B为系统控制矩阵；
[0018]转换模块，用于将所述变换矩阵、所述第二加权矩阵和所述状态变量，转换为最优控制量；
[0019]调控模块，用于将所述最优控制量作为反馈控制量，对无穷大电网进行反馈调控。
[0020]上述用于抑制低频振荡的电网调控方法和系统，基于单机无穷大系统的状态变量、预设的第一加权矩阵与第二加权矩阵、、所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵获取最优控制量，并将所述最优控制量作为反馈控制量，对无穷大电网进行反馈调控，在提高对低频振荡的抑制效率的同时可降低对电网设备的磨损，以实现最优控制，有效提高电力系统的稳定性和发电机组的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1本发明用于抑制低频振荡的电网调控方法第一实施方式的流程示意图；
[0022]图2本发明用于抑制低频振荡的电网调控方法第二实施方式的流程示意图；
[0023]图3本发明用于抑制低频振荡的电网调控方法第三实施方式中低频抑制效果图；
[0024]图4本发明用于抑制低频振荡的电网调控系统第一实施方式的结构示意图；
[0025]图5本发明用于抑制低频振荡的电网调控系统中单机无穷大系统的结构示意图；
[0026]图6本发明用于抑制低频振荡的电网调控系统第二实施方式的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028]请参阅图1，图1本发明用于抑制低频振荡的电网调控方法第一实施方式的流程示意图。
[0029]本实施方式所述的用于抑制低频振荡的电网调控方法，包括以下步骤:
[0030]步骤SlOl，获取单机无穷大系统的状态变量。
[0031]步骤S102，通过以下所述公式将获取的状态变量、预设的第一加权矩阵和第二加权矩阵、以及预设的与所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵转换为变换矩阵:
[0032]P = -PA-A1 P + PBR 1B1 xP-Q.[0033]其中，P为转换矩阵，Q为第一加权矩阵，R为第二加权矩阵，A为系统状态矩阵，B为系统控制矩阵。
[0034]步骤S103，将所述变换矩阵、所述第二加权矩阵和所述状态变量，转换为最优控制量。
[0035]步骤S104，将所述最优控制量作为反馈控制量，对无穷大电网进行反馈调控。
[0036]本实施方式所述的用于抑制低频振荡的电网调控方法，基于单机无穷大系统的状态变量、预设的第一加权矩阵与第二加权矩阵、、所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵获取最优控制量，并将所述最优控制量作为反馈控制量，对无穷大电网进行反馈调控，在提高对低频振荡的抑制效率的同时可降低对电网设备的磨损，以实现最优控制，有效提高电力系统的稳定性和发电机组的安全性。
[0037]其中，对于步骤S101，所述状态变量优选地为油动机输出、系统容积输出、系统频率和系统功率。
[0038]优选地，所述单机无穷大系统优选地为包括汽轮机和无穷大电网的电力系统。
[0039]在一个实施例中，在所述获取单机无穷大系统的状态变量的步骤之前，还包括以下步骤:
[0040]对所述单机无穷大电网系统进行线性化分析，生成四阶状态方程，其中，所述四阶状态方程的状态变量包括油动机输出、系统容积输出、系统频率和系统功率。
[0041]本实施例将所述单机无穷大电网系统进行线性化分析为四阶状态方程，可快速获取最优控制量
[0042]在另一个实施例中，所述获取单机无穷大系统的状态变量的步骤包括以下步骤:
[0043]测量所述单机无穷大系统的油动机输出、系统容积输出、系统频率和系统功率，生成所述状态变量。
[0044]优选地，可通过测量所述单机无穷大系统中汽轮机内的调速器的调节阀的开度获取所述油动机输出，可通过测量所述汽轮机的输出功率获取所述系统容积输出，可通过测量所述无穷大电网的电压/电流的频率获取所述系统频率，可通过测量所述无穷大电网的功率获取所述系统功率。
[0045]对于步骤S102，可根据控制精度预设第一加权矩阵和第二加权矩阵、与所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵，并将预设的矩阵存储到对应区域。
[0046]在一个实施例中，简化单机无穷大系统的四阶状态方程为y = Ax+Bu,系统状态矩阵 A = [O I O O ;0 -3.333 05 ；23.5 O O O ；0 O O _5]，系统控制矩阵 B = [0 0 0 I]τ，第一加权矩阵 Q = [200 O O O ；0 O O O ；0 O 200 O ；0 O O O]，第二力口权矩阵 R = 100。
[0047]对于步骤S103，优选地，可根据所述变换矩阵、所述第二加权矩阵和所述状态变量与最优控制量间的预设关系，将所述变换矩阵、所述第二加权矩阵和所述状态变量，转换为最优控制量。
[0048]在一个实施例中，所述将所述变换矩阵、所述第二加权矩阵和所述状态变量，转换为最优控制量的步骤包括以下步骤:
[0049]通过以下所述公式将所述变换矩阵转换为状态反馈增益矩阵:
[0050]K = IT1B1P ；
[0051]其中，K为反馈增益矩阵；
[0052]通过以下所述公式将所述状态变量和所述反馈增益矩阵转换为最优控制量:
[0053]u* = -R-1BtPx = -Kx ；
[0054]其中，X为所述状态变量，u*为最优控制量。
[0055]对于步骤S104，优选地所述最优控制量与调速器的阀门开度对应。将所述最优控制作为反馈控制量可增加单机无穷大系统的阻尼，进而抑制低频振荡。
[0056]在一个实施例中，将所述最优控制量作为反馈控制量，对无穷大电网进行反馈调控的步骤包括以下步骤:
[0057]将所述最优控制量作为反馈控制量输入到汽轮机的调速器中，调整所述调速器的阀门开度，完成对所述无穷大电网的低频振荡抑制。
[0058]本实施例中，调整所述调速器的阀门开度，可增加单机无穷大系统的阻尼，进而抑制低频振荡。
[0059]请参阅图2，图2是本发明用于抑制低频振荡的电网调控方法第二实施方式的流程不意图。
[0060]本实施方式所述的用于抑制低频振荡的电网调控方法与第一实施方式的区别在于:在通过以下所述公式将获取的状态变量、预设的第一加权矩阵和第二加权矩阵、以及预设的与所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵转换为变换矩阵的步骤之前，包括以下步骤:
[0061]步骤S201，将反馈控制量作为不受限制量，通过以下性能泛函构造哈密尔顿函数:
【权利要求】
1.一种用于抑制低频振荡的电网调控方法，其特征在于，包括以下步骤: 获取单机无穷大系统的状态变量； 通过以下所述公式将获取的状态变量、预设的第一加权矩阵和第二加权矩阵、以及预设的与所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵转换为变换矩阵:
2.根据权利要求1所述的用于抑制低频振荡的电网调控方法，其特征在于，在所述获取单机无穷大系统的状态变量的步骤之前，还包括以下步骤: 对所述单机无穷大电网系统进行线性化分析，生成四阶状态方程，其中，所述四阶状态方程的状态变量包括油动机输出、系统容积输出、系统频率和系统功率。
3.根据权利要求2所述的用于抑制低频振荡的电网调控方法，其特征在于，所述获取单机无穷大系统的状态变量的步骤包括以下步骤: 测量所述单机无穷大系统的油动机输出、系统容积输出、系统频率和系统功率，生成所述状态变量。
4.根据权利要求1所述的用于抑制低频振荡的电网调控方法，其特征在于，在通过以下所述公式将获取的状态变量、预设的第一加权矩阵和第二加权矩阵、以及预设的与所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵转换为变换矩阵的步骤之前，包括以下步骤: 将反馈控制量作为不受限制量，通过以下性能泛函构造哈密尔顿函数:
5.根据权利要求1所述的用于抑制低频振荡的电网调控方法，其特征在于，所述将所述变换矩阵、所述第二加权矩阵和所述状态变量，转换为最优控制量的步骤包括以下步骤: 通过以下所述公式将所述变换矩阵转换为状态反馈增益矩阵:
K = R-1BtP ； 其中，K为反馈增益矩阵； 通过以下所述公式将所述状态变量和所述反馈增益矩阵转换为最优控制量: u* = -1T1BtPx = -Kx ； 其中，X为所述状态变量，u*为最优控制量。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的用于抑制低频振荡的电网调控方法，其特征在于，将所述最优控制量作为反馈控制量，对无穷大电网进行反馈调控的步骤包括以下步骤: 将所述最优控制量作为反馈控制量输入到汽轮机的调速器中，调整所述调速器的阀门开度，完成对所述无穷大电网的低频振荡抑制。
7.一种用于抑制低频振荡的电网调控系统，其特征在于，包括: 获取模块，用于获取单机无穷大系统的状态变量； 变换模块，用于通过以下所述公式将获取的状态变量、预设的第一加权矩阵和第二加权矩阵、以及预设的与所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵转换为变换矩阵: P = -PA-A1 P+ PBR 'B1 xP-Q., 其中，P为转换矩阵，Q为第一加权矩阵，R为第二加权矩阵，A为系统状态矩阵,B为系统控制矩阵； 转换模块，用于将所述变换矩阵、所述第二加权矩阵和所述状态变量，转换为最优控制量； 调控模块，用于将所述最优控制量作为反馈控制量，对无穷大电网进行反馈调控。
8.根据权利要求7所述的用于抑制低频振荡的电网调控系统，其特征在于，还包括预处理模块，用于在获取单机无穷大系统的状态变量之前，对所述单机无穷大电网系统进行线性化分析，生成四阶状态方程，其中，所述四阶状态方程的状态变量包括油动机输出、系统容积输出、系统频率和系统功率。
9.根据权利要求7所述的用于抑制低频振荡的电网调控系统，其特征在于，还包括模型模块，用于在将获取的状态变量、预设的加权矩阵以及所述单机无穷大系统对应的系统状态矩阵和系统控制矩阵转换为变换矩阵之前: 将反馈控制量作为不受限制量，通过以下性能泛函构造哈密尔顿函数:
Ir J = -J (x1 Qx + u1 Ru)dl；
1
H [.r, u ,λ] — (xrQx+u tR ιι) + λ1 (Ax + Bu).2， 其中，J为性能泛函，Η[χ，u，λ]是哈密顿函数，u为反馈控制量，X为所述状态变量； 通过获取所述哈密顿函数的最小值，导出如下所述公式:
P = -PA - A1 P + PBR 1B1 xP-Q
O
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的用于抑制低频振荡的电网调控系统，其特征在于，所述调控模块还用于将所述最优控制量作为反馈控制量输入到汽轮机的调速器中，调整所述调速器的阀门开度，完成对所述无穷大电网的低频振荡抑制。
【文档编号】H02J3/24GK103997048SQ201410231869
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】朱亚清, 潘凤萍, 陈华忠, 庞志强, 李军, 史玲玲 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 哈尔滨工业大学