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期電測與儀表Vol.44No.5042007年第12期ElectricalMeasurementsubsynchronousresonancesupplementarydampingcontrollerscodinativeoptimization0引言隨著我國智能電網(wǎng)的建設(shè)和遠距離跨區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的發(fā)展，我國電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，運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)電機軸系的損害甚至斷裂，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全運行[1]。在系統(tǒng)發(fā)電機側(cè)或電網(wǎng)側(cè)配置次同步附加阻尼控制第44卷第504期電測與儀表Vol.44No.5042007年第12期ElectricalMeasurement&InstrumentationDec.20073正阻尼轉(zhuǎn)矩，達到同時抑制多個振蕩模式的目的。對于圖2中的相位補償環(huán)節(jié)，通過下式來確定補償環(huán)節(jié)的時間常數(shù)。(1)12111(1sin)(1si

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

4、11]；TCSC的基本模塊由一個串聯(lián)的電容器和一個晶閘管控制的電抗并聯(lián)組成[11]；HVDC則采用準穩(wěn)態(tài)模型[7]。關(guān)于圖1中發(fā)電機、軸系、汽輪機及其調(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)見文獻[11]。對于所設(shè)計的多通道SSDC，采用二階巴特沃斯帶通濾波器與三個相位補償環(huán)節(jié)。進一步地，在穩(wěn)態(tài)運行點附近對待研究系統(tǒng)進行線性化處理，進而得到包含多通道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SSDC的狀態(tài)變量。推導(dǎo)可知，狀態(tài)矩陣A可表達成如下函數(shù)形式。(4)()AfK??其中，K，φ分別為SSDC的放大倍數(shù)陣和待補償角度陣。通過改變這些參數(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，補償環(huán)節(jié)時間常數(shù)可由待補償角度進行表達，因此以SSDC各通道待補償角度與放大倍數(shù)為優(yōu)化變量。2.1.2目標函數(shù)以待改善諧振模式為目標模式，以目標模式阻尼比最大化為協(xié)調(diào)優(yōu)化目標，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的特征值實部，k為系統(tǒng)中發(fā)生次同步諧振的目標模式數(shù)。在優(yōu)化過程中，采用模式追蹤技術(shù)[12]，通過模式的頻率、特征向量和發(fā)電機振型角度等信息來追蹤目標模式，使優(yōu)化的目標始終為選取的待改善模式目標模式。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個阻尼控制器模式n的待補償角度，Kin為第i個阻尼控制器模式n的放大倍數(shù)。2)目標模式阻尼

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)化過程中需要確保各目標諧振模式的阻尼比大于0。(7)Re()||0nn???3)非目標模式阻尼比約束考慮到在改善目標模式的同時不惡化非目標模式的目的，在協(xié)調(diào)優(yōu)化過程中需要確保各非目標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