本发明涉及电力系统运行控制领域，具体涉及一种次同步阻尼控制系统及参数优化方法。
背景技术：
近年来，随着以风能为代表的新能源渗透率的不断升高，风电场电能通过高压直流输电(highvoltagedctransmission,hvdc)实现外送的工程日益增多。大规模风电场与电网相互作用引发的次同步振荡(sub-synchronousoscillations，sso)问题日益尖锐，对电力系统的安全稳定运行带来了挑战。目前，发生过多起风电场次同步振荡事件，引起了风机脱网、电厂全停等严重后果。
在已发生的风机并网次同步振荡事件中，次同步振荡呈现多源、多形态等特点，机理复杂。而次同步振荡的抑制可通过改变电源侧/电网侧的结构参数，或者装设附加次同步振荡抑制装置进行解决。对于电网侧，可以在可能引发次同步振荡的线路上安装抑制装置。电源侧较为常用的抑制方法主要有风机变流器控制和基于并联型柔性交流输电系统(flexibleactransmissionsystems，facts)装置的机端sso阻尼控制，虽然次同步阻尼控制器(sub-synchronousdampingcontroller，ssdc)是解决由直流输电引起的sso的一种有效措施，如何设计一种简单的ssdc控制结构，能够有效地抑制sso还有待解决。
技术实现要素：
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种次同步阻尼控制系统及参数优化方法。
本发明提供的技术方案是：一种次同步阻尼控制系统，包括：次同步阻尼控制器，以及与所述次同步阻尼控制器连接的电磁暂态仿真模块；
所述次同步阻尼控制器包含从左到右依次连接的带通滤波器、补偿器和限幅模块；其中所述补偿器，用于获取从带通滤波器提取的次同步振荡频率范围内的振荡信号，对所述振荡信号进行相位校正和放大，并通过限幅模块进行输出；
所述电磁暂态仿真模块，用于基于风电场功率波动对所述补偿器中影响补偿性能的参数进行优化。
优选的，所述补偿器包括：
依次连接的多个相位校正子模块和定常增益子模块；
所述相位校正子模块，用于对输入补偿器的振荡信号进行相位校正；
所述定常增益子模块，用于对所述相位校正子模块的输出信号进行放大。
优选的，所述相位校正子模块包括：超前-滞后单元；
所述超前-滞后单元，用于对输入信号进行超前校正或滞后校正。
优选的，所述电磁暂态仿真模块包括：构建单元和优化单元；
所述构建单元，用于基于所述补偿器的结构构建补偿器的传递函数，确定影响补偿器性能的参数；
所述优化单元，用于基于风电场功率波动对所述影响补偿性能的参数进行优化，实现次同步阻尼控制器对次同步振荡的抑制。
优选的，所述补偿器的传递函数，如下式所示：
式中：c(s)：补偿器的传递函数；s：微分算子；g：定常增益；λ：超前单元的系数；γ：滞后单元的系数，λγ＝1；t1：超前单元的时间常数；t2：滞后单元的时间常数；m：相位校正子模块的个数，且1≤m≤2。
优选的，所述带通滤波器用于提取次同步振荡频率范围的振荡信号，并传递到补偿器中；
所述限幅模块用于接收所述补偿器中的信号并限制幅值后进行输出；
其中，所述带通滤波器采用多阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波，带宽为次同步振荡频率范围。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种次同步阻尼控制系统的参数优化方法，包括：
补偿器获取从带通滤波器提取的次同步振荡频率范围内的振荡信号；
所述补偿器基于电磁暂态仿真系统对本身参数进行优化后，对所述振荡信号进行相位校正和放大，
并通过限幅模块进行输出；
所述补偿器基于电磁暂态仿真系统对本身参数进行优化包括：电磁暂态仿真系统基于风电场功率波动对补偿器的参数进行优化。
优选的，所述补偿器的参数包括：定常增益、超前单元的时间常数、滞后单元的时间常数以及单元系数。
优选的，所述单元系数，包括：超前单元的系数或滞后单元的系数。
优选的，所述电磁暂态仿真系统基于风电场功率波动对补偿器的参数进行优化，包括：
基于风电场功率波动，利用遗传算法对所述次同步阻尼控制器中补偿器的参数进行优化得到初始最优解；
将所述初始最优解作为初值代入单纯形法进行优化，得到最优的补偿器参数。
优选的，所述基于风电场功率波动，利用遗传算法对所述次同步阻尼控制器中补偿器的参数进行优化得到初始最优解，包括：
将所述补偿器的参数进行编号，每一个参数分别代表一个基因，一组基因表示一个个体，随机产生预设值个个体构成一个完整的群体，作为遗传算法的初始种群进行计算；
通过遗传算法产生新种群时，提取所述新种群对应的中间参数；
基于中间参数和时域仿真计算风电场功率波动的值，并作为性能指标；
当连续两代性能指标偏差小于第一阈值时，输出遗传算法得到的所述补偿器参数的初始最优解。
优选的，所述将所述初始最优解作为初值代入单纯形法进行优化，得到最优的补偿器参数，包括：
将遗传算法得到的所述补偿器参数的初始最优解作为初值代入单纯形法进行优化；
当性能指标偏差小于第二阈值时，得到最优的补偿器参数。
优选的，所述风电场功率波动，如下式所示：
式中：δpg：风电场功率波动；t0：投入次同步阻尼控制器后对应系统暂态响应的初始时间；t1：暂态响应和稳态响应的中间时间；t2：稳态响应的结束时间；pg(t)：风电场的功率测量值；pset：风电场的功率参考值：α：暂态响应的权重；β：稳态响应的权重，且α+β＝1。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明提供的技术方案中，包括次同步阻尼控制器以及与所述次同步阻尼控制器连接的电磁暂态仿真模块；所述次同步阻尼控制器包含从左到右依次连接的带通滤波器、补偿器和限幅模块；其中所述补偿器，用于获取从带通滤波器提取的次同步振荡频率范围内的振荡信号，对所述振荡信号进行相位校正和放大，并通过限幅模块进行输出；所述电磁暂态仿真模块，用于基于风电场功率波动对所述补偿器中影响补偿性能的参数进行优化；该次同步阻尼控制器的控制结构简单，并且能够有效地抑制sso。
2、本发明提供的技术方案，次同步阻尼控制器的性能指标可以兼顾系统的暂态和稳态性能。
3、本发明提供的技术方案，基于时域模型采用混合遗传算法进行参数优化，抑制次同步振荡的效果好。
4、本发明提供的技术方案，次同步阻尼控制器采用附加控制，易于实现；补偿器可根据系统补偿需要选取单个或多个超前‐滞后环节的形式，适用性好。
5、本发明提供的技术方案，次同步阻尼控制器仅作用于次同步振荡的频率范围，不影响其他频段，系统稳定性好。
附图说明
图1为本发明中次同步振荡阻尼控制系统的流程图；
图2为本发明中次同步振荡阻尼控制器的结构示意图；
图3为本发明中次同步振荡阻尼控制器的参数优化方法流程图；
图4为本发明实施例中优化算法的具体流程图；
图5为本发明实施例中参数优化的仿真结果示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1
因为ssdc的经济性和实用性较强，适合用作直驱风电场经hvdc送出系统的次同步振荡抑制装置。因此本发明提供了一种次同步阻尼控制系统，如图1所示，
所述次同步阻尼控制系统的结构，包括：
步骤s101，次同步阻尼控制器，以及与所述次同步阻尼控制器连接的电磁暂态仿真模块；
步骤s102，所述次同步阻尼控制器包含从左到右依次连接的带通滤波器、补偿器和限幅模块；其中所述补偿器，用于获取从带通滤波器提取的次同步振荡频率范围内的振荡信号，对所述振荡信号进行相位校正和放大，并通过限幅模块进行输出；
步骤s103，所述电磁暂态仿真模块，用于基于风电场功率波动对所述补偿器中影响补偿性能的参数进行优化。
次同步阻尼控制器的结构如图2所示，其中，带通滤波器，用于提取次同步频率范围的振荡信号，并传递到补偿器中；采用2～4阶butterworth带通滤波，中心频率取sso主导模态频率，带宽取sso频率范围；
补偿器，用于对振荡信号进行相位校正和放大；
限幅模块，用于接收所述补偿器中的信号并限制幅值后进行输出，控制输出不超过风机变流器直流电压内环电流控制稳态值的0.1pu。
补偿器由相位校正子模块和定常增益子模块两部分组成，相位校正子模块包含m个滞后‐超前单元，定常增益子模块g为常数。
相位校正子模块，用于对输入补偿器的振荡信号进行相位校正；
定常增益子模块，用于对相位校正子模块的输出信号进行放大。
电磁暂态仿真模块包括：构建单元和优化单元；
其中，构建单元，用于基于所述补偿器的结构构建补偿器的传递函数，确定影响补偿器性能的参数；
优化单元，用于基于风电场功率波动对所述影响补偿性能的参数进行优化，实现次同步阻尼控制器对次同步振荡的抑制。
风机变流器直流电压内环电流控制为ssdc的输出信号的附加位置。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种次同步阻尼控制系统的参数优化方法，如图3所示，包括：
步骤s301，补偿器获取从带通滤波器提取的次同步振荡频率范围内的振荡信号；
步骤s302，所述补偿器基于电磁暂态仿真系统对本身参数进行优化后，对所述振荡信号进行相位校正和放大，
并通过限幅模块进行输出；
步骤s303，所述补偿器基于电磁暂态仿真系统对本身参数进行优化包括：电磁暂态仿真系统基于风电场功率波动对补偿器的参数进行优化。
结合所提性能指标，运用混合遗传算法(hga)对ssdc的参数进行优化，得到ssdc的最优参数。
系统稳定性包括系统的暂态响应稳定性和稳态响应稳定性。
时域性能指标是指风电场功率振荡在有限时间内的误差平方积分δpg，分为瞬态响应和稳态响应两部分的组合。性能指标越小，对应的系统稳定性越好。
其中，ssdc参数优化是针对补偿器环节的参数进行优化。
进一步的，混合遗传算法为遗传算法(ga)和单纯形法(sm)的结合，首先使用ga进行第一次优化，然后将ga得到的优化初值带入sm中进行第二次优化。
即基于风电场功率波动，利用遗传算法对所述次同步阻尼控制器中补偿器的参数进行优化得到初始最优解；
将所述初始最优解作为初值代入单纯形法进行优化，得到最优的补偿器参数。
具体优化步骤包括：
将补偿器的参数进行编号，每一个参数分别代表一个基因，一组基因表示一个个体，随机产生预设值个个体构成一个完整的群体，作为遗传算法的初始种群进行计算；
通过遗传算法产生新种群时，提取所述新种群对应的中间参数；
基于中间参数和时域仿真计算风电场功率波动的值，并作为性能指标；
当连续两代性能指标偏差小于第一阈值时，输出遗传算法得到的所述补偿器参数的初始最优解；
将遗传算法得到的所述补偿器参数的初始最优解作为初值代入单纯形法进行优化；
当性能指标偏差小于第二阈值时，得到最优的补偿器参数。
实施例2
本发明提出了一种次同步阻尼控制系统及参数优化方法，详细说明如下：
步骤1：确定ssdc拓扑结构。
ssdc的结构如图2所示。主要包括三个部分：①带通滤波器；②补偿器；③限幅模块。
而次同步阻尼控制系统包括次同步阻尼控制器与次同步阻尼控制器连接的电磁暂态仿真系统；
电磁暂态仿真系统，用于基于风电场功率波动对所述补偿器中影响补偿性能的参数进行优化。
以直驱风机直流电容电压为输入，通过带通滤波提取出次同步频率范围内的振荡信号，经过补偿器环节，再经限幅环节限制输出信号的幅值，最后将输出信号附加到风机网侧变流器直流电压控制通道内环电流控制上。其中，带通滤波器采用4阶butterworth带通滤波，中心频率取sso主导模态频率，带宽取sso频率范围；限幅环节幅值不超过风机变流器内环电流控制稳态值的0.1pu。
基于补偿器的结构构建补偿器的传递函数，确定影响补偿器性能的参数；
基于风电场功率波动对参数进行优化，实现次同步阻尼控制器对次同步振荡的抑制。
补偿器由m个相位校正子模块和定常增益子模块g组成，其传递函数表达式为：
式中：c(s)：补偿器的传递函数；s：微分算子；g：定长增益；λ：超前单元的系数；γ：滞后单元的系数，λγ＝1；t1：超前单元的时间常数；t2：滞后单元的时间常数；m：相位校正子模块的个数，根据系统需要选取，且1≤m≤2。
本实施例中，带通滤波器中心频率为9.5hz，带宽为2hz，采样频率为1600hz。限幅模块的幅值取±0.1pu。补偿器有m＝1。
步骤2：ssdc性能指标确定
把风电场功率振荡作为性能指标的变量，采用误差平方积分的形式，为瞬态响应和稳态响应两部分的组合。
性能指标在有限时间t0到t2内的表达如下：
式中：δpg：风电场功率波动；t0：投入次同步阻尼控制器后对应系统暂态响应的初始时间；t1：暂态响应和稳态响应的中间时间；t2：稳态响应的结束时间；pg(t)：风电场的功率测量值；pset：风电场的功率参考值：α：暂态响应的权重；β：稳态响应的权重，且α+β＝1。
其中，t0到t1为投入ssdc后对应的期望的系统瞬态响应时间。t1到t2过程为期望的系统稳态响应过程。
在本实施例中，风电场的参考功率pset＝500mw。暂态响应权重α＝0.6，稳态响应权重β＝0.4。
步骤3：以δpg为性能指标，基于混合遗传算法，对c(s)环节参数进行在电磁暂态仿真软件pscad/emtdc中进行仿真优化，优化流程图如图4所示。仿真优化算例利用系统的详细电磁暂态模型，在pscad/emtdc中进行，在2.5秒时投入ssdc，由于延时，在3秒时出现明显的抑制效果，sso的抑制效果如图5所示。
仿真优化的具体步骤如下：
1)优化参数设定：确定遗传算法的初值，包括种群规模n，遗传代数kg，优选数目nelit，交换概率pec，变异概率pm和连续两代最大性能指标差值ξ。单纯形法的允许性能指标偏差ε；
2)生成初始群体：假设m＝1，即包含一个超前‐滞后环节，把c(s)环节的参数g、t1、t2和γ进行编号，每一个参数分别代表一个基因，一组基因表示一个个体，随机产生n个体构成一个完整的群体，作为初始点开始进行计算；
3)交换基因，产生新种群：由交换概率pec挑选的每两个父代个体通过将相异的部分基因进行交换的形式，产生新的个体和群体；
4)仿真计算性能指标，优选种群：在时域仿真计算δpg的值，选取交换后的群体中性能指标最优的前nelit个优选个体作为下一代进行繁殖，作为新种群；
5)保留：保留新种群的最优个体，判断是否满足7)中的终止条件，若满足，则到步骤7)终止优化，否则到6)；
6)变异：对其他nelit-1个体以pm的概率变异，并回到第3)步进行下一次优化，并重新开始仿真；
7)遗传算法终止：遗传算法的终止有以下两种情况：
a)连续两代性能指标偏差小于ξ；
b)达到了最大的遗传代数kg，但尚未找到最优解；
8)嵌入单纯形法寻优：将遗传算法得到的最优解作为单纯形法的初值，进行仿真优化；
9)单纯形法终止：当性能指标偏差小于ε时，优化停止。
本实施例中采用的遗传算法参数n＝30，kg＝100，nelite＝8，pec＝0.8，pm＝0.05，ζ＝0.05；单纯形法参数：ε＝3.0。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。