电力系统稳定化的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于抑制电力系统振荡的系统，所述系统包括用于产生阻尼控制信号以补偿所述电力系统振荡中多个振荡模式的阻尼装置控制器以及基于阻尼控制信号来产生阻尼信号的阻尼装置。所述阻尼装置控制器包括多个外闭环路径，所述多个外闭环路径各自包括配置用于根据至少一个电力系统测量信号来确定单个振荡模式的自适应控制器。每个自适应控制器进一步配置用于产生自适应控制信号以将内环路径的、与所述单个振荡模式有关的至少一个开环极点移动至闭环位置。
【专利说明】电力系统稳定化
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例大体涉及电力系统中的功率流。更确切地说，所述实施例涉及抑 制电力系统振荡。
【背景技术】
[0002] 电力系统是包括众多发电机、传输线、多种负载和变压器的复杂网络。随着电力系 统中不断增长的功率需求，一些传输线要承受比它们建立时所计划压力更大的压力。由于 受力状态会使系统处于不稳定状态，所以电力系统稳定性已成为一个重大问题。简单地说， 电力系统稳定性定义为电力系统在受到干扰之后返回到正常状态的能力。所述干扰可以是 造成电力系统中功率振荡的发电机故障、发电机损失或甚至是功率负载的突然增加。
[0003] 小信号稳定性是与发电机转子之间的低频率振荡有关的电力系统稳定性问题。这 是世界范围内包括1996年西部电力协调委员会（WECC)停电在内的许多停电的主要原因。 在电力系统重负载时，它通常表现出多模式振荡，因为机器转子（表现为钢体）在使用它们 之间的电力传输线交换能量时相对于彼此振荡。这些振荡大体处于〇. 1Hz与3Hz之间的 频率范围。这个频率范围内的振荡大体在两个主要振荡模式下进行分析：1)范围在1Hz至 3Hz内的本地模式，即，电厂内的一个发电机或一组发电机相对于系统剩余部分摆动；以及 2)范围在0. 1Hz至1Hz内的区域间模式，S卩，一组机器相对于另一组机器振荡。
[0004] 为了使电力系统稳定，将利用抑制功率振荡的阻尼措施。电力系统稳定器（PSS) 是电力系统中最常见的阻尼控制装置。除了 PSS，功率振荡阻尼（P0D)还可通过对安装在重 要输电走廊中的柔性交流传输系统（FACTS)装置的辅助控制来有效地实现。传统上来说， 已采用经典控制理论来设计在特定（标称）操作条件下要求精确系统模型的这类控制器。 然而，有关大型互连系统每一个动态部件的精确的和更新的信息的可利用性的缺乏以及它 不断变化的性质常常对基于这种模型的方法提出基本挑战。仅依赖系统测量的间接自适应 控制器可用于电力系统稳定器（PSS)并且还可用于FACTS装置。这些控制器基于所估计的 系统模型在线更新并且因此可适应操作条件的变化。然而，间接自适应控制器的当前架构 利用复杂的多输入多输出（ΜΜ0)结构。这导致性质上非常复杂的多变量控制器。
[0005] 出于这些及其他原因，需要改进用于功率振荡阻尼的间接自适应控制器。
【发明内容】
[0006] 根据本发明的一个实施例，提供一种用于抑制电力系统振荡的系统。所述系统包 括阻尼装置控制器，所述阻尼装置控制器产生阻尼控制信号以补偿电力系统振荡中的多个 振荡模式。所述阻尼装置控制器包括多个外闭环路径，所述多个外闭环路径各自包括配置 用于根据至少一个电力系统测量信号确定单个振荡模式的自适应控制器。每个自适应控制 器进一步配置用于产生自适应控制信号以将内环路径的与所述单个振荡模式有关的至少 一个开环极点移动至闭环位置。所述系统进一步包括基于阻尼控制信号来产生阻尼信号的 阻尼装置。
[0007] 根据本发明的另一个实施例，提供一种抑制电力系统网络中电力系统振荡的方 法。所述方法包括从多个电力系统位置获得多个电力系统测量信号并且产生阻尼控制信号 来补偿电力系统振荡中的多个振荡模式。在所述方法中，产生阻尼控制信号包括从每个电 力系统测量信号中提取单个振荡模式，以及产生多个自适应控制信号以将与所述单个振荡 模式有关的开环极点移动至闭环位置。所述方法进一步包括基于控制信号将阻尼信号引入 电力系统网络中。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面 和优点，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中：
[0009] 图1是电力系统中示例性功率振荡的图示；
[0010] 图2是说明根据本发明的一个实施例的用于抑制电力系统振荡的系统的电力系 统示意图；
[0011] 图3是功率振荡阻尼间接自适应控制器（IACP0D)的框图；
[0012] 图4是根据本发明的一个实施例的用于抑制电力系统振荡的阻尼控制器的框图； 以及
[0013] 图5是说明根据本发明的一个实施例的抑制电力系统振荡的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014] 如本说明书中所使用的术语"控制器"是指软件、硬件或固件或执行或促进本说明 书所述程序的这些事物或任何系统、程序或功能的任何组合。
[0015] 在介绍本发明各实施例的元件时，冠词"一"、"一个"、"该"和"所述"旨在表示有 一个或多个所述元件。术语"包含"、"包括"和"具有"旨在表示包括性含义，且表示除了所 列元件外，可能还有其他元件。
[0016] 图1示出电力系统中示例性功率振荡的曲线图10。横轴14表示时间（单位为秒） 而纵轴12表示传输线中每单位的功率流（pu)。曲线18示出在不存在阻尼控制器的情况下 传输线功率流中的功率振荡。虽然此处仅示出功率振荡，但应注意的是所述振荡可存在于 任何其它信号如电压或电流或甚至发电机转子速度中。对传输线的功率需求在10秒时从 2pu变为约3pu。在这个过渡处，曲线18中的功率振荡开始并且它们的幅度缓慢增加。如 果这些振荡未被抑制，那么相应电力网络可能变得不稳定并且可能导致停电。
[0017] 曲线16示出在存在阻尼装置如AVR或FACTS装置的情况下传输线功率流中的功 率振荡。如图可见，在阻尼控制器与阻尼装置一起使用时，功率振荡迅速衰减，并且功率流 在约16秒内稳定下来以满足新需求。10秒附近的尖峰是阻尼控制器参数的结果并且取决 于阻尼控制器增益值。同样基于傅里叶级数原理，可以看到曲线18可分成多个振荡模式或 具有不同频率的正弦分量。正弦信号具有的特性在于如果添加两个180度异相的信号，那 么所得信号幅度变为零。在控制理论中，正弦信号可以特征值λ来表示，所述特征值如下 式给出：
[0018] λ = 〇 ± j c〇d (1)
[0019] 其中〇可称为阻尼比并且可称为描述系统中的振荡在干扰之后如何衰变的 阻尼自然频率。然而，可能无法确定σ和精确值。因此，在一个实施例中，采用一种 闭环系统，所述闭环系统确定合适的因子σ和c〇d来最小化振荡信号或振荡模式。
[0020] 图2示出说明根据本发明的一个实施例的用于抑制振荡的系统的电力系统30。 电力系统30包括发电机32,传输线34以及负载36。电力系统30进一步包括阻尼装置如 AVR38或FACTS装置40。VR38可通过控制发电机32的励磁以及因此通过基于阻尼控制器 42的输入控制来自所述发电机的功率流来抑制电力系统振荡。在其他实施例中，发电机32 各自具有受阻尼控制器42控制的自动电压调节器（AVR)。类似地，FACTS装置40可通过基 于阻尼控制器42的输入引入或吸收来自电力系统30的合适的有功功率和无功功率来抑制 电力系统振荡。另外，阻尼装置除了抑制振荡之外还可用于其它目的。例如，AVR可用于控 制发电机输出电压，但在使用电力系统稳定器（PSS)时，它还将起到阻尼装置的作用。
[0021] 阻尼控制器42在发电机32或FACTS装置40连接至传输线34时接收测量信号如 电压信号或功率信号。应注意的是，虽然阻尼控制器42示出为中央控制器，但在其他实施 例中，单独控制器或本地控制器也可用于AVR38和FACTS装置40。阻尼控制器42从输入信 号提取具有不同频率的信号分量并且将合适的控制信号提供给AVR38和FACTS装置40以 抵消所提取的频率分量。在一个实施例中，FACTS装置40和AVR38可使它们的单个控制器 (未示出）设计用于不同目的如无功功率补偿或电压补偿并且阻尼控制器42的输出被添加 至那些单个控制器的参考信号。因此，所述单个控制器除了它的主要目之外，还根据阻尼控 制器42的命令作用以抑制测量信号振荡。
[0022] 图3示出功率振荡阻尼间接自适应控制器（IACP0D)70的框图。IACP0D70用于基 于电力网络75的输出信号y(t)产生用于阻尼装置71的控制信号u(t)。IACP0D70可用于 图2的控制器42。IACP0D70包括在线估计器72、控制器设计模块74,控制器设计模块74用 于确定控制器模块76的控制器参数。在线估计器72估计电力系统（包括电力网络75和 阻尼装置71)中的振荡模式信息，控制器设计模块74基于所述振荡模式信息确定用于控制 器模块76的控制器参数。因此，所述控制器参数并未直接更新，而是通过系统动力学的估 计间接地更新。这导致IACP0D70的间接自适应算法。
[0023] 在线估计器72包括基于例如可能为电压信号、电流信号、功率信号或速度信号的 输入信号估计电力系统（包括FACT装置）的输出的系统模型。在一个实施例中，所述系统 模型可包括自回归滑动平均（ARMA)模型。在一个实施例中，电力系统模型输出可表示为：
[0024]
【权利要求】
1. 一种用于抑制电力系统振荡的系统，所述系统包括： 阻尼控制器，所述阻尼控制器产生阻尼控制信号来补偿所述电力系统振荡中多个振荡 模式的阻尼装置控制器，所述阻尼装置控制器包括： 多个外闭环路径，所述多个外闭环路径各自包括配置用于根据至少一个电力系统测量 信号来确定单个振荡模式的自适应控制器； 其中每个自适应控制器进一步配置用于产生自适应控制信号以将内环路径的、与所述 单个振荡模式有关的至少一个开环极点移动至闭环位置；以及 基于所述阻尼控制信号产生阻尼信号的阻尼装置。
2. 如权利要求1所述的系统，其中所述阻尼控制信号通过自适应控制信号的求和来产 生，其中每个附加自适应控制信号在所述求和之前相对于前一个自适应控制信号延迟一个 样本时间。
3. 如权利要求2所述的系统，其中每个附加自适应控制信号在延迟所述样本时间之前 与1?斯白噪声置加。
4. 如权利要求1所述的系统，其中所述阻尼装置包括自动电压调节器（AVR)或柔性交 流电传输系统（FACTS)装置。
5. 如权利要求1所述的系统，其中所述电力系统测量信号包括电压信号、电流信号、功 率信号或速度信号。
6. 如权利要求1所述的系统，其中所述电力系统测量信号包括远程电力系统测量信号 或本地电力系统测量信号。
7. 如权利要求1所述的系统，其中所述自适应控制器包括用于从所述电力系统测量信 号来确定所述单个振荡模式的在线估计器模型。
8. 如权利要求7所述的系统，其中所述在线估计器模型包括自回归滑动平均模型。
9. 如权利要求1所述的系统，其中所述自适应控制器包括确定控制器参数的控制器设 计模块。
10. 如权利要求9所述的系统，其中所述控制器设计模块包括极点移动控制算法以将 所述内环路径的所述开环极点移动一个极点移动因子。
11. 如权利要求9所述的系统，其中所述控制器参数基于包含闭环特征方程的等式方 程来确定。
12. 如权利要求1所述的系统，其中所述多个自适应控制器的数量等于需要对所述电 力系统振荡阻尼作出补偿的振荡模式的数量。
13. -种抑制电力系统网络中的电力系统振荡的方法，所述方法包括： 从多个电力系统位置获得多个电力系统测量信号； 产生阻尼控制信号来补偿所述电力系统振荡中的多个振荡模式，其中产生所述阻尼控 制信号包括： 从每个所述电力系统测量信号中提取单个振荡模式； 产生多个自适应控制信号以将与所述单个振荡模式有关的开环极点移动至闭环位置； 以及 基于所述控制信号将阻尼信号引入所述电力系统网络中。
14. 如权利要求13所述的方法，其中产生所述阻尼控制信号包括对所述自适应控制信 号求和，其中每个附加自适应控制信号在所述求和之前相对于前一个自适应控制信号延迟 一个样本时间。
15. 如权利要求14所述的方法，其中每个附加自适应控制信号在延迟所述样本时间之 iu与1?斯白噪声置加。
16. 如权利要求13所述的方法，其中引入所述阻尼信号包括利用自动电压调节器 (AVR)或柔性交流电传输系统（FACTS)装置。
17. 如权利要求13所述的方法，其中所述多个电力系统测量信号包括电压信号、电流 信号、功率信号、速度信号或其中任意组合。
18. 如权利要求13所述的方法，其中产生多个自适应控制信号包括利用极点转移控制 算法来将与所述振荡模式有关的所述开环极点移动一个极点移动因子。
19. 如权利要求18所述的方法，其中所述极点移动因子基于包含最小化期望输出与所 需输出之间的误差的优化函数来确定。
20. 如权利要求13所述的方法，其中所述多个自适应控制信号的数量等于需要对抑制 所述电力系统振荡作出补偿的振荡模式的数量。
【文档编号】H02J3/24GK104218594SQ201410239098
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】N.R.朝德胡里 申请人:通用电气公司