一种基于分数阶PIλ的UPFC抑制次同步振荡的方法与流程

本发明涉及电力系统领域的upfc抑制次同步振荡方法，具体涉及一种基于分数阶pi^λ的upfc抑制次同步振荡方法。

背景技术：

在高压和特高压输电线路中采用串联电容补偿，可以有效的提高系统稳定极限，增加传输的距离，还能够提高传输功率的容量，但是含有串联补偿器的输电线路和汽轮发电机相连时，会产生次同步振荡，不及时抑制振荡严重时会导致发电机的整个轴系系统彻底损坏；随着电力电子技术的飞速发展，有很多研究致力于利用先进的电力电子期间解决次同步振荡问题，但是如何精确的从测量信号得到次同步分量，何种控制保护策略能够避免系统次同步振荡问题是主要的的难题。

技术实现要素：

为了充分发挥统一潮流控制器upfc的能力，提高统一潮流控制器upfc的次同步振荡抑制能力，本发明要解决的技术问题是提供一种基于分数阶pi^λ的upfc抑制次同步振荡方法。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于分数阶pi^λ的upfc抑制次同步振荡的方法，包括以下步骤：

步骤一：建立统一潮流控制器upfc在两相同步旋转d-q坐标系下的数学模型；

步骤二：建立次同步分量的计算评估系统，获取线路中含有次同步分量的电流和电压信号；

步骤三：建立统一潮流控制器upfc基于分数阶pi的抑制次同步振荡控制器，使统一潮流控制器upfc产生和注入线路次同步电流和电压和线路中的次同步分量相抵消，达到抑制系统次同步振荡的目的。

步骤一中，统一潮流控制器upfc的两相同步旋转d-q坐标系下的数学模型为：

串联侧输出的电压为：

vsed＝kmsevdcsin(φ+γ)(2)

vseq＝kmsevdccos(φ+γ)(3)

其中：kmse为串联侧换流器调制系数，φ为串联侧线路电流的角度，γ为串联侧注入电压超前线路电流的角度；

并联侧输出的电压为：

vshd＝kmshvdcsin(θ+α)(5)

vshq＝kmshvdccos(θ+α)(6)

其中：kmsh为并联侧换流器调制系数，θ为并联侧电流角度，α为并联侧注入电压超前电流的角度；

统一潮流控制器upfc并联侧注入系统的无功电流和有功电流分别由并联母线电压和直流母线电压控制器控制，串联侧注入系统的无功电压和有功电压分量分别由串联线路有功和无功潮流控制器控制。

步骤二中，次同步电压在同步坐标系下顺时针旋转，假设发电机转子振荡角频率为wm，基频角速度为w0，引入dqm坐标系代表与同步电压矢量同步旋转的一组新的坐标系，则有：

下表f代表基频分量，sub代表次同步分量；

根据上式基频分量和次同步分量的关系，通过低同滤波便可从获取的线路电压和电流信号得到基频分量和次同步分量，完成对次同步分量的计算与评估，关系式为：

其中：p代表微分算子，hf(p)、hsub(p)分别为基频分量和次同步分量的低通滤波器；

式(10)转换至同步旋转d-q坐标系中为：

同样式(11)次同步电流分量表达式转换至同步旋转d-q坐标系中为：

通过式子(8)和(12)可以计算出测量电压中的基频分量和次同步分量，式子(9)和(13)可以计算得到测量电流中的基频分量和次同步分量。

步骤三中，统一潮流控制器upfc抑制次同步振荡控制器的数学模型为：

其中：r、lt和l″分别为统一潮流控制器upfc并联母线到同步发电机的电阻值、变压器的漏电抗和同步发电机的次同步电抗值，上表*代表相应量的参考值，kp、ki和λ为分数阶pi^λ控制器的比例常数、积分常数和积分器的实数阶数。

在上述技术方案中，统一潮流控制器upfc选用48脉冲的三相换流器。

在上述技术方案中，分阶数pi^λ控制器的参数整定通过幅值裕度法、相位裕度法、主导极点法、最优控制规则法、框图法、遗传算法或极点搜索法。

本发明所达到的有益效果：

1.直接采取测量线路的电流、电压作为依据提取次同步信号分量，易于实施，次同步分量计算评估方法，更加迅速、精确、可靠，提高了upfc次同步振荡抑制控制器的精准和快速性；

2.基于分阶数pi^λ的upfc次同步振荡抑制控制器，可以更加快速、准确的控制统一潮流控制器upfc注入系统相适应的的电压和电流，更好的抑制系统的次同步分量，所提控制策略更加合理精确，减小了upfc串并联侧的负担。

附图说明

图1是本发明统一潮流控制器upfc抑制次同步振荡控制器总体图。

图2是本发明含有统一潮流控制器upfc装置的ieee第一标准次同步振荡研究模型单线图。

图3是本发明基于低通滤波的计算次同步分量框图。

图4是本发明基于分数阶pi^λ抑制次同步振分量并联电压分量控制框图。

图5是本发明基于分数阶pi^λ抑制次同步振分量并联电流分量控制框图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。

本发明的一种基于分数阶pi^λ的upfc抑制次同步振荡的方法，包括以下步骤：

步骤一：建立统一潮流控制器upfc在两相同步旋转d-q坐标系下的数学模型；

统一潮流控制器upfc优选48脉冲的三相换流器组成，主要是控制信号、控制方法的改变，48脉冲就是并联侧换流器4个级联，串联侧4个进行级联，并联的个数越多谐波就越少，控制就越精准、效果更好，本发明考虑成本和实际生产，合理选用48脉冲；基于基础的6脉冲换流器，使用次耦合电路和移向变压器构建而成，目的是为了减小谐波分量；

upfc的两相同步旋转d-q坐标系下的数学模型为：

串联侧输出的电压为：

vsed＝kmsevdcsin(φ+γ)(2)

vseq＝kmsevdccos(φ+γ)(3)

其中：kmse为串联侧换流器调制系数，φ为串联侧线路电流的角度，γ为串联侧注入电压超前线路电流的角度；

并联侧输出的电压为：

vshd＝kmshvdcsin(θ+α)(5)

vshq＝kmshvdccos(θ+α)(6)

其中：kmsh为并联侧换流器调制系数，θ为并联侧电流角度，α为并联侧注入电压超前电流的角度；

统一潮流控制器upfc并联侧注入系统的无功电流和有功电流分别由并联母线电压和直流母线电压控制器控制，串联侧注入系统的无功电压和有功电压分量分别由串联线路有功和无功潮流控制器控制；

步骤二：建立次同步分量的计算评估系统，获取线路测量信号中含有的次同步分量的电流和电压信号；

次同步电压在同步坐标系下顺时针旋转，假设发电机转子振荡角频率为wm，基频角速度为w0，引入dqm坐标系代表与同步电压矢量同步旋转的一组新的坐标系，则有：

下表f代表基频分量，sub代表次同步分量；

根据上式基频分量和次同步分量的关系，通过低同滤波便可从获取的线路电压和电流信号得到基频分量和次同步分量，完成对次同步分量的计算与评估，关系式为：

其中：p代表微分算子，hf(p)、hsub(p)分别为基频分量和次同步分量的低通滤波器；

式(10)转换至同步旋转d-q坐标系中为：

同样式(11)次同步电流分量表达式转换至同步旋转d-q坐标系中为：

通过式子(8)和(12)可以计算出测量电压中的基频分量和次同步分量，式子(9)和(13)可以计算得到测量电流中的基频分量和次同步分量，计算框图如图3所示；

图1所示，步骤三：建立统一潮流控制器upfc基于分数阶pi^λ的抑制次同步振荡控制器，使统一潮流控制器upfc产生和注入线路次同步电流和电压和线路中的次同步分量相抵消，达到抑制系统次同步振荡的目的；

统一潮流控制器upfc抑制次同步振荡控制器的数学模型为：

其中：r、lt和l″分别为统一潮流控制器upfc并联母线到同步发电机的电阻值、变压器的漏电抗和同步发电机的次同步电抗值，上表*代表相应量的参考值，kp、ki和λ为分数阶pi^λ控制器的比例常数、积分常数和积分器的实数阶数；具体电压控制逻辑实现如图4所示，电流控制逻辑实现如图5所示。

图2为并入统一潮流控制器upfc的ieee第一标准次同步振荡研究模型单线图，输电线路阻抗rl+xl，xsys为无穷大系统等效电抗，线路串联电抗器为xc，变压器电抗xt，装置统一潮流控制器upfc安装在变压器高压侧母线线路上，其中模块g、lpb、lpa、ip、hp分别为发电机、低压缸b、低压缸a、中压缸、高压缸质量块，即研究次同步振荡的发电机轴系的质量块弹簧模型。

上述分阶数pi^λ控制器的参数整定可以通过幅值裕度法、相位裕度法、主导极点法、最优控制规则法、框图法、遗传算法或极点搜索法。

本发明不用获取远端发电机的转速偏差信号，直接采用统一潮流控制器upfc所在线路端的含有次同步振荡分量的电压和电流信号，易于实际实施，更加可靠；通过测量装置获取线路中含有次同步分量的电压和电流，运用低通滤波器计算评估次同步电压和电流的分量；并基于分数阶pi^λ设计了upfc抑制次同步震荡的控制器，分数解控制器的动态性能优秀，鲁棒性能更好，能够更加突出的达到抑制系统次同步振荡的效果，充分发挥统一潮流控制器upfc的价值。