一种基于阻尼贡献的互联电网动态稳定安控策略优化方法与流程

技术特征：

1.一种基于阻尼贡献的互联电网动态稳定安控策略优化方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

1)提取机组参数和电气量数据，确定阻尼贡献指标；

2)计算未知电气量；

3)辨识电气量稳态运行点；

4)辨识电磁阻尼转矩系数和机械阻尼转矩系数；

5)计算阻尼贡献指标；

6)生成电网动态稳定安控策略。

2.如权利要求1所述的互联电网动态稳定安控策略优化方法，其特征在于，所述步骤1)中，机组参数包括定子电阻、直轴暂态电抗和交轴同步电抗，电气量数据包括机端电压、机端电流、发电机机械功率、发电机转子角度和发电机转子频率；确定阻尼贡献指标包括：

发电机直轴暂态电动势变化量ΔE′_q和机械力矩变化量ΔT_m分解成同步力矩和阻尼力矩叠加的形式，即：

ΔE′_q＝K_eΔδ+D_eΔω (1)

其中：Δδ为发电机功角相对于稳态运行点δ₀的变化量；Δω为发电机转子速度相对于稳态运行点ω₀的变化量；K_e为发电机直轴暂态电动势变化量的电磁同步力矩系数；D_e为发电机直轴暂态电动势变化量的电磁阻尼转矩系数；K_m为机械力矩变化量的电磁同步力矩系数；D_m为机械力矩变化量的电磁阻尼转矩系数；K_eΔδ为发电机直轴暂态电动势变化量的电磁同步力矩分量；D_eΔω为发电机直轴暂态电动势变化量的电磁阻尼力矩分量；K_mΔδ为机械力矩变化量的电磁同步力矩分量；

式(1)和式(2)中的同步力矩分量与低频振荡无关，将其中的同步力矩分量和阻尼力矩分量解耦，对ΔE′_q和ΔT_m中阻尼力矩分量的作用进行累积计算；式(1)中的参数D_e反映励磁绕组、励磁系统和PSS的综合阻尼，式(2)中的参数D_m反映调速系统的阻尼，则(D_e-D_m)Δω与Δω的相位关系反映机组控制系统整体的阻尼性质；

定义从t₁时刻到t₂时刻发电机阻尼状态的量化表达式为：

${\∫}_{t=t_1}^{t=t_2}\left(\right(D_e-D_m\left)\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}\right)\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}dt---\left(3\right)$

若式(3)的计算结果为负，则说明发电机组在t₁到t₂的时间段内处于负阻尼状态，绝对值越大说明负阻尼越严重；

将式(3)表示的阻尼状态与发电机出力相乘，作为真正的阻尼贡献，t₁时刻到t₂时刻的发电机阻尼贡献指标如式(4)所示：

式(4)的负数绝对值越大，表明发电机组在振荡中越关键，优先切除；P_e为发电机出力。

3.如权利要求1所述的互联电网动态稳定安控策略优化方法，其特征在于，所述步骤2)中，未知电气量包括发电机直轴暂态电动势和机械转矩；发电机直轴暂态电动势利用各采样时刻的机端电压机端电流定子电阻R_a、直轴暂态电抗X′_d和交轴同步电抗X_q进行计算，计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{E}}_Q=\stackrel{\·}{U}+\stackrel{\·}{I}{R}_a+j\stackrel{\·}{I}{X}_q=E_Q\∠\mathrm{\δ}\\ {\stackrel{\·}{E}}^{\′}=\stackrel{\·}{U}+j\stackrel{\·}{I}{X}_d^{\′}=E^{\′}\∠{\mathrm{\δ}}^{\′}\\ E_q^{\′}=E^{\′}\cos (\mathrm{\δ}-{\mathrm{\δ}}^{\′})\end{array}\right.---\left(5\right)$

式中：E_Q为发电机虚构电动势；δ为发电机功角；δ′为暂态电动势对于母线电压的相对角；为暂态电动势；E′_q为直轴暂态电动势幅值；E′暂态电动势幅值；

发电机机械转矩按照式(6)进行计算：

$T_m=\frac{P_m}{\mathrm{\ω}}---\left(6\right)$

式中：T_m为发电机机械转矩，P_m为发电机机械功率，ω为发电机转子频率。

4.如权利要求1所述的互联电网动态稳定安控策略优化方法，其特征在于，所述步骤3)中，将振荡曲线的中轴线作为发电机的稳态运行点，通过拟合振荡曲线的上下包络线来求取振荡中轴线；辨识电气量稳态运行点包括下述步骤：

①辨识振荡曲线转折点：

将采样点i的切线斜率f′(t_i)和切线斜率变化速度f″(t_i)分别以一次差分和二次差分的形式近似表示：

$\{\begin{array}{c}{f}^{\′}\left(t_i\right)=\frac{f\left(t_{i+1}\right)-f\left(t_i\right)}{t_{i+1}-t_i}\\ f^{\′\′}\left(t_i\right)=\frac{f^{\′}\left(t_{i+1}\right)-f^{\′}\left(t_i\right)}{t_{i+1}-t_i}\end{array}i=1,\mathrm{2...}n---\left(7\right)$

上包络线转折点的切线斜率变化速度为极小值点，下包络线转折点的切线斜率变化速度 为极大值点，如式(8)所示，根据如下判据找出振荡曲线的转折点：

$\{\begin{array}{c}{f}^{\′}\left(t_{i-1}\right)\>f^{\′}\left(t_i\right)\<f^{\′}\left(t_{i+1}\right)\\ f^{\′}\left(t_{i-1}\right)\<f^{\′}\left(t_i\right)\>f^{\′}\left(t_{i+1}\right)\end{array}---\left(8\right)$

式中，t_i为电气量第i个采样点对应的时间；f(t_i)为第i个采样点的电气量数值；

②包络线拟合：

假设振荡曲线的上包络线共有m个转折点，表示为[x_j,f(x_j)](j＝1,2…m)；构造上包络线的三次样条插值函数S_up(t)求取振荡曲线的上包络线，其表达式为：

S_up(t)＝a_jt³+b_jt²+c_jt+d_j (9)

t∈[x_j,x_j+1] j＝1,2…m-1

式中：a_j、b_j、c_j、d_j均为三次样条插值函数S_up(t)的系数；x_j,x_j+1分别为m个转折点中的第j个转折点和j+1个转折点；

根据插值条件、连续性条件和边界条件求取待定系数；插值条件为：

S_up(x_j)＝f(x_j) j＝1,2,3…m (10)

连续性条件为：

S_up(x_j+0)＝S_up(x_j-0) j＝2,3…m-1

S′_up(x_j+0)＝S′_up(x_j-0) j＝2,3…m-1 (11)

S″_up(x_j+0)＝S″_up(x_j-0) j＝2,3…m-1

边界条件为：

式中：f′(x₁)和f′(x_m)均为振荡曲线两端的一阶导数值；

假设振荡曲线的下包络线共有m个转折点，表示为[x_k,f(x_k)](k＝1,2…m)；构造下包络线的三次样条插值函数S_down(t)求取振荡曲线的上包络线，其表达式为：

S_down(t)＝a_kt³+b_kt²+c_kt+d_k (13)

t∈[x_k,x_k+1] k＝1,2…m-1

根据插值条件、连续性条件和边界条件求取待定系数；插值条件为：

S_down(x_k)＝f(x_k) k＝1,2,3…m (14)

连续性条件为：

S_down(x_k+0)＝S_down(x_k-0) k＝2,3…m-1

S′_down(x_k+0)＝S′_down(x_k-0) k＝2,3…m-1 (15)

S″_down(x_k+0)＝S″_down(x_k-0) k＝2,3…m-1

边界条件为：

式中：a_k、b_k、c_k、d_k均为三次样条插值函数S_down(t)的系数；x_k,x_k+1分别为m个转折点中的第k个转折点和k+1个转折点；

③稳态点求取：

以同一时间下，上下包络线三次样条差值函数的中值作为时间点的稳态运行点，t_i时刻的有功功率稳态运行点：

式中：P_s,i为t_i时刻的有功功率稳态运行点。

5.如权利要求1所述的互联电网动态稳定安控策略优化方法，其特征在于，所述步骤4)中，采用最小二乘法的矩阵形式辨识电磁阻尼转矩系数D_e和机械阻尼转矩系数D_m，在10°以内的振荡幅度下，发电机的同步转矩系数和阻尼转矩系数均为常数；将振荡数据等距分段，采用分段辨识、逐段累加的方法计算发电机阻尼贡献；辨识电磁阻尼转矩系数D_e时，取数据的采样间隔为20ms，以相邻的10组[ΔE′_q,Δδ,Δω]数据为一个单位进行参数辨识，最小二乘法的矩阵形式如下：

B＝(X^TX)^-1X^TY (18)

式(18)中，各矩阵内容如下所示：

$X=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\Δ\δ}}_1& {\mathrm{\Δ\ω}}_1\\ {\mathrm{\Δ\δ}}_2& {\mathrm{\Δ\ω}}_2\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ {\mathrm{\Δ\δ}}_{10}& {\mathrm{\Δ\ω}}_{10}\end{array}\right]Y=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔE}}_{q1}^{\′}\\ {\mathrm{\ΔE}}_{q2}^{\′}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔE}}_{q10}^{\′}\end{array}\right]B=\left[\begin{array}{c}{K}_e\\ D_e\end{array}\right]---\left(19\right)$

式中：ΔE′_qh为发电机直轴暂态电动势变化量，Δδ_h为发电机功角相对于稳态运行点δ₀的变化量；Δω_h为发电机转子速度相对于稳态运行点ω₀的变化量；h＝1,2,…10；B为发电机电磁转矩和阻尼转矩系数矩阵；X为功角变化量和频率变化量矩阵；X^T为X的转置矩阵；Y为直轴暂态电抗矩阵；计算机械力矩变化量的电磁同步力矩系数K_m和机械力矩变化量的电磁阻尼转 矩系数D_m时，时，将Y和B替换为：

$Y=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔT}}_{m1}\\ {\mathrm{\ΔT}}_{m2}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔT}}_{m10}\end{array}\right]B=\left[\begin{array}{c}{K}_m\\ D_m\end{array}\right]---\left(20\right)$

式中：ΔT_mh为机械力矩变化量。

6.如权利要求1所述的互联电网动态稳定安控策略优化方法，其特征在于，所述步骤5)中，计算阻尼贡献指标包括：利用参数辨识方法，将电磁力矩和机械力矩中的阻尼力矩成分单独提取出来，将控制系统的综合阻尼力矩与转速变化量的相位关系的积分作为一段时间内发电机阻尼状态的量化值，将阻尼状态与额定有功出力的乘积作为该时间段内发电机阻尼贡献的量化值。

7.如权利要求1所述的互联电网动态稳定安控策略优化方法，其特征在于，所述步骤6)中，生成电网动态稳定安控策略包括：基于阻尼贡献指标对发电机的切机优先度进行排序，生成优先度列表，按照排序生成电网动态稳定安控策略，优化电网动态稳定安控策略实施效果，减少控制代价。