多通道次同步附加阻尼控制器協(xié)調(diào)優(yōu)化策略研究

1、第44卷第504期電測(cè)與儀表Vol.44No.5042007年第12期ElectricalMeasurementsubsynchronousresonancesupplementarydampingcontrollerscodinativeoptimization0引言隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)和遠(yuǎn)距離跨區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，運(yùn)行方式也日益多樣化。但采用直流輸電系統(tǒng)和為提高電網(wǎng)穩(wěn)定裕度和送電容量采取的串聯(lián)電容補(bǔ)償措施

2、都有可能引發(fā)系統(tǒng)的次同步振蕩，造成發(fā)電機(jī)軸系的損害甚至斷裂，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行[1]。在系統(tǒng)發(fā)電機(jī)側(cè)或電網(wǎng)側(cè)配置次同步附加阻尼控制第44卷第504期電測(cè)與儀表Vol.44No.5042007年第12期ElectricalMeasurement&InstrumentationDec.20073正阻尼轉(zhuǎn)矩，達(dá)到同時(shí)抑制多個(gè)振蕩模式的目的。對(duì)于圖2中的相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)，通過(guò)下式來(lái)確定補(bǔ)償環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)。(1)12111(1sin)(1si

3、n)1()nnnnnnammTaTaT?????????????式中m為相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)；φn為振蕩模式n的待補(bǔ)償角度；ωn為振蕩模式n的振蕩角頻率；Tn1與Tn2為相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)。同樣地，設(shè)計(jì)TCSCSSDC與HVDCSSDC，其結(jié)構(gòu)與多通道SEDC相似。TCSCSSDC的輸出信號(hào)與TCSC基準(zhǔn)觸發(fā)角疊加后送至晶閘管的觸發(fā)極，HVDCSSDC的輸出信號(hào)送到定電流控制器輸入端。1.3線性化系統(tǒng)模型勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用二階簡(jiǎn)化模型[

4、11]；TCSC的基本模塊由一個(gè)串聯(lián)的電容器和一個(gè)晶閘管控制的電抗并聯(lián)組成[11]；HVDC則采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型[7]。關(guān)于圖1中發(fā)電機(jī)、軸系、汽輪機(jī)及其調(diào)速器與交直流輸電線路的數(shù)學(xué)模型及其相應(yīng)的參數(shù)見(jiàn)文獻(xiàn)[11]。對(duì)于所設(shè)計(jì)的多通道SSDC，采用二階巴特沃斯帶通濾波器與三個(gè)相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)。進(jìn)一步地，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)附近對(duì)待研究系統(tǒng)進(jìn)行線性化處理，進(jìn)而得到包含多通道SSDC在內(nèi)的全系統(tǒng)線性化模型，如下式所示。(2)pXAX?式(3)中，p為微分算

5、子，A為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，系統(tǒng)的狀態(tài)變量X如下式所示。(3)TMACDCSEDCTCSCSSDCHVDCSSDC[]XXXXXXX?其中XM為發(fā)電機(jī)狀態(tài)變量；XAC為交流線路狀態(tài)變量；XDC為直流線路狀態(tài)變量；XSEDC，XTCSCSSDC與XHVDCSSDC分別為三個(gè)SSDC的狀態(tài)變量。推導(dǎo)可知，狀態(tài)矩陣A可表達(dá)成如下函數(shù)形式。(4)()AfK??其中，K，φ分別為SSDC的放大倍數(shù)陣和待補(bǔ)償角度陣。通過(guò)改變這些參數(shù)可以影響狀態(tài)矩陣的特征

6、值，從而改變各諧振模式阻尼特性，進(jìn)而抑制SSR。2阻尼控制器協(xié)調(diào)優(yōu)化策略研究阻尼控制器協(xié)調(diào)優(yōu)化策略研究2.1阻尼控制器參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化模型2.1.1優(yōu)化變量根據(jù)式(1)可知，補(bǔ)償環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)可由待補(bǔ)償角度進(jìn)行表達(dá)，因此以SSDC各通道待補(bǔ)償角度與放大倍數(shù)為優(yōu)化變量。2.1.2目標(biāo)函數(shù)以待改善諧振模式為目標(biāo)模式，以目標(biāo)模式阻尼比最大化為協(xié)調(diào)優(yōu)化目標(biāo)，其數(shù)學(xué)描述如下所示：(5)1min(Re()||)knnnJ?????式中Re(λn)為諧振模

7、式n的特征值實(shí)部，k為系統(tǒng)中發(fā)生次同步諧振的目標(biāo)模式數(shù)。在優(yōu)化過(guò)程中，采用模式追蹤技術(shù)[12]，通過(guò)模式的頻率、特征向量和發(fā)電機(jī)振型角度等信息來(lái)追蹤目標(biāo)模式，使優(yōu)化的目標(biāo)始終為選取的待改善模式目標(biāo)模式。2.1.3約束條件1)多通道阻尼控制器的參數(shù)約束(6)minmaxminmaxininininininKKK??????????上式中，φin為第i個(gè)阻尼控制器模式n的待補(bǔ)償角度，Kin為第i個(gè)阻尼控制器模式n的放大倍數(shù)。2)目標(biāo)模式阻尼

8、比約束考慮到完全抑制次同步諧振的目的，在協(xié)調(diào)優(yōu)化過(guò)程中需要確保各目標(biāo)諧振模式的阻尼比大于0。(7)Re()||0nn???3)非目標(biāo)模式阻尼比約束考慮到在改善目標(biāo)模式的同時(shí)不惡化非目標(biāo)模式的目的，在協(xié)調(diào)優(yōu)化過(guò)程中需要確保各非目標(biāo)諧振模式的阻尼比不出現(xiàn)較大下降。(8)0||jjj????????其中，ζj為非目標(biāo)模式阻尼比，Δζj為其在協(xié)調(diào)優(yōu)化前后的變化，ε為一個(gè)給定的小正數(shù)。2.2基于遺傳算法求解協(xié)調(diào)優(yōu)化模型遺傳算法是一種模擬自然界生物