基于改進(jìn)矩陣束算法的多饋入直流系統(tǒng)附加阻尼控制器的布點方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)矩陣束算法的多饋入直流系統(tǒng)附加阻尼控制器的布點方法，其特點是通過改進(jìn)矩陣束算法辨識功角振蕩數(shù)據(jù)來計算對主導(dǎo)振蕩模式的直流控制敏感因子以確定對主導(dǎo)振蕩模式的最佳直流附加阻尼控制器安裝地點。該方法不僅通過改進(jìn)矩陣束算法提高了運算效率和抗擾能力，而且充分考慮控制器對主導(dǎo)振蕩模式的控制代價及控制器的相互作用，提出了直流控制敏感因子的概念，能夠正確定位直流附加阻尼控制器的最佳安裝地點。
【專利說明】基于改進(jìn)矩陣束算法的多饋入直流系統(tǒng)附加阻尼控制器的布點方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于改進(jìn)矩陣束算法的多饋入直流輸電系統(tǒng)附加阻尼控制器布點方法，屬于高壓直流輸電領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]高壓直流輸電(HVDC)系統(tǒng)附加控制器的控制效果與其輸入和輸出信號位置的選擇關(guān)系密切。正確的選點隔離控制器和振蕩模態(tài)的相互作用，改變傳函的零極點分布，降低控制代價，提高控制性能。廣域測量系統(tǒng)(WAMS)的成熟使HVDC系統(tǒng)附加控制器可供選擇的觀測信號范圍擴展到全系統(tǒng)的各種電氣量，控制與觀測信號的布點能夠分離。并且，多饋入直流(MIDC)的形成讓HVDC附加控制器布點更靈活。
[0003]非線性系統(tǒng)的能控性與能觀性分析借助微分幾何，但是該方法應(yīng)用困難。因此，通常將系統(tǒng)在某一平衡點處加以近似線性化，從而利用成熟的線性系統(tǒng)分析方法來考察非線性系統(tǒng)的能控和能觀性。在實際的多直流落點系統(tǒng)能控性與能觀性分析時，系統(tǒng)架構(gòu)有時變性，基于解析法的特征值分析受制于精確線性化電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的獲取，需時域仿真與具備抗擾性能的辨識技術(shù)結(jié)合來解決。現(xiàn)有技術(shù)主要依據(jù)prony分析辨識傳遞函數(shù)中某一振蕩模式的留數(shù)值來確定附加阻尼控制器的安裝地點，因此，未考慮控制器相互作用，且對噪聲敏感。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于改進(jìn)矩陣束算法的多饋入直流輸電系統(tǒng)附加阻尼控制器布點方法，其特點是可直接以測量數(shù)據(jù)構(gòu)成的Hankel矩陣為基礎(chǔ)，避免求取信號的相關(guān)矩陣。同時，數(shù)據(jù)被分解為信號子空間和噪聲子空間，通過信號空間來辨識信號參數(shù)。因此，提高了運算效率和抗噪能力。并且，采用該方法不僅能夠衡量HVDC附加阻尼控制器單位輸出量的阻尼效果，而且反映控制器對主導(dǎo)振蕩模式的相對控制能力。
[0005]本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實現(xiàn):
[0006]基于改進(jìn)矩陣束算法的多饋入直流系統(tǒng)附加阻尼控制器的布點方法包括以下步驟:
[0007]I)通過小擾動程序計算得到系統(tǒng)的振蕩模式，篩選出關(guān)鍵的弱阻尼振蕩模式λ i ；
[0008]2)計算系統(tǒng)中各主要發(fā)電機對某振蕩模式Mi的參與因子，取參與因子相對較大機組的功角曲線;
[0009]3)通過改進(jìn)矩陣束辨識方法確定多饋入直流輸電系統(tǒng)某直流線路對功角曲線變化量Af中所含振蕩模式的靈敏度，其基本過程是:在某直流功率整定值處施加階躍擾動 -1 ,檢測擾動后發(fā)電機功角的變化量M1"，并通過改進(jìn)矩陣束辨識GW = Sl中所有振蕩模式所對應(yīng)的留數(shù)，獲取振蕩模式Xi對應(yīng)頻率的留數(shù)模值，最后計算該直流對振蕩模式Mi的控制敏感因子V;
[0010]可以認(rèn)為，控制敏感因子愈高的直流線路，愈宜作為附加直流控制器抑制振蕩模式λ i的輸出作用點，即該直流線路是對于振蕩模式λ i的控制敏感點；
[0011]4)若系統(tǒng)中存在多個弱阻尼振蕩模式，可重復(fù)步驟2)、3)，求得各振蕩模式的控制敏感點，并生成各直流的能控性分析表；
[0012]所述改進(jìn)矩陣束算法和直流控制敏感因子為:
[0013]I)改進(jìn)矩陣束算法為:
[0014]通過將信息熵引入矩陣束的方法來確定求解模態(tài)階數(shù)；
[0015]對利用實測信號構(gòu)造的Hankel矩陣Y進(jìn)行奇異值分解(SVD):
[0016]Y = SVDt(I)
[0017]其中，S為(N-L) X (N-L)的正交矩陣，D為(L+1) X (L+1)正交矩陣，V為(N-L) X (L+1)的對角陣，其對角元素σ i即為Hankel矩陣的第i個奇異值；
[0018]對于不含噪聲的信號，Y有(L+1)個奇異值σ i，將其中非零值按下標(biāo)由小到大構(gòu)造一個非增序列，從Oi中篩選出其最大值σ_，若滿足
[0019]O ^omax ^ μ(2)
[0020]則可將最大模態(tài)數(shù)記為n = i，其中，μ為設(shè)定的閾值，由V的前η個奇異值形成如下形式的新矩陣:
[0021]
(J1 ο οOI
OCT2 O ”.0
Wf-::::(q)
￥ — ?.-- ? I\ tJ /
OO Ocrj

^ (M-L^n)tXn J
[0022]其中，V'為(N-L) Xn矩陣，前η行是由Y的前η個非零奇異值組成的nXn方陣，后N-L-n行全為O ;
[0023]引入信息熵的概念來確定模態(tài)階數(shù)，將奇異值σ i所占比重定義為Pi，則奇異值的信息熵可以表示為:

m
[0024]H(Y)=^YdPMPi)(4)


?—I

0*,/--*-1

Pi = ""f......?'""..........?"y?1 p.= I ? jffl ^ + I ?
[0025]其中，? 1

J=I
[0026]當(dāng)Pi = 0時,PiIg (Pi) = O,隨著奇異值σ i越小，其所占比重Pi越小，從而信息熵H(Y)收斂至有界值，當(dāng)奇異值取值為01]1時，信息熵最接近有界值，則求解模態(tài)階數(shù)記為n=m ；
[0027]2)直流控制敏感因子為:
φ =......W.......(5)
[_] ΣΝ1

/-1
[0029]其中，Σ 為各模式留數(shù)模值之和。
[0030]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0031]本發(fā)明是通過改進(jìn)矩陣束算法辨識功角振蕩數(shù)據(jù)來計算對主導(dǎo)振蕩模式的直流控制敏感因子以確定對主導(dǎo)振蕩模式的最佳直流附加阻尼控制器安裝地點。該方法不僅高效易行，而且，定位的控制地點的過程中充分考慮控制器對主導(dǎo)振蕩模式的控制代價及控制器的相互作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為多饋入直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0033]I五個區(qū)域電網(wǎng)，分別由交流斷面與直流連接。117條直流，其中直流I號與2號連接區(qū)域電網(wǎng)A與區(qū)域電網(wǎng)B，3號直流連接區(qū)域電網(wǎng)A與區(qū)域電網(wǎng)Ε，4至7號直流連接區(qū)域電網(wǎng)C與區(qū)域電網(wǎng)D。III交流斷面一與交流斷面二，其中交流斷面一連接區(qū)域電網(wǎng)A與區(qū)域電網(wǎng)B，交流斷面二連接區(qū)域電網(wǎng)B與區(qū)域電網(wǎng)C。
[0034]圖2為采用不同直流進(jìn)行阻尼控制時某機組的功角曲線。
[0035]圖3為采用不同直流進(jìn)行阻尼控制時各直流的有功功率曲線。

【具體實施方式】
[0036]下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0037]實施例
[0038]如圖1所示，標(biāo)識I所述測試系統(tǒng)由區(qū)域A、B、C、D、E，五個區(qū)域電網(wǎng)組成，標(biāo)識II所述五個區(qū)域電網(wǎng)由7條直流與標(biāo)識III所述兩個交流斷面連接；其中I號，2號直流連接區(qū)域電網(wǎng)A與區(qū)域電網(wǎng)D，3號直流連接區(qū)域電網(wǎng)A與區(qū)域電網(wǎng)E，4?7號直流連接區(qū)域電網(wǎng)C與區(qū)域電網(wǎng)D。區(qū)域A與區(qū)域B間存在交流斷面一，區(qū)域B與區(qū)域C間存在交流斷面
--O
[0039]1.控制敏感點挖掘
[0040]根據(jù)小擾動程序的計算結(jié)果，可知主導(dǎo)振蕩模式為0.35Hz, I號機組對該模式的參與因子相對較大。因此，取為I號機組功角變化，Δ?|取I號直流、2號直流和3號直流有功功率變化。各直流的能控性分析表如下所示。
[0041]表I各直流線路的能控性分析表
[0042]

【權(quán)利要求】
1.一種基于改進(jìn)矩陣束算法的多饋入直流系統(tǒng)附加阻尼控制器的布點方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 1)通過小擾動程序計算得到系統(tǒng)的振蕩模式，篩選出關(guān)鍵的弱阻尼振蕩模式Ai; 2)計算系統(tǒng)中各主要發(fā)電機對某振蕩模式Mi的參與因子，取參與因子相對較大機組的功角曲線^€; 3)通過改進(jìn)矩陣束辨識方法確定多饋入直流輸電系統(tǒng)某直流線路對功角曲線變化量Δ4*中所含振蕩模式λ i的靈敏度，其基本過程是:在某直流功率整定值處施加階躍擾動 f檢測擾動后發(fā)電機功角的變化量4?",并通過改進(jìn)矩陣束算法,辨識《.Ο - 中所有振蕩模式所對應(yīng)的留數(shù)，獲取振蕩模式λ i對應(yīng)頻率的留數(shù)模值最后計算該直流對振蕩模式Mi的直流控制敏感因子Ilf I 可以認(rèn)為，控制敏感因子愈高的直流線路，愈宜作為附加直流控制器抑制振蕩模式λi的輸出作用點，即該直流線路是對于振蕩模式λ i的控制敏感點； 4)若系統(tǒng)中存在多個弱阻尼振蕩模式，可重復(fù)步驟2)、3)，求得各振蕩模式的控制敏感點，并生成各直流的能控性分析表。
2.如權(quán)利要求1所述基于改進(jìn)矩陣束算法的多饋入直流系統(tǒng)附加阻尼控制器的布點方法，其特征在于改進(jìn)矩陣束算法和直流控制敏感因子為: I)改進(jìn)矩陣束算法為: 通過將信息熵引入矩陣束的方法來確定求解模態(tài)階數(shù)； 對利用實測信號構(gòu)造的Hankel矩陣Y進(jìn)行奇異值分解(SVD): Y = SVDt(I) 其中，S為(N-L) X (N-L)的正交矩陣，D為(L+l) X (L+1)正交矩陣，V為(N-L) X (L+1)的對角陣，其對角元素σ i即為Hankel矩陣的第i個奇異值； 對于不含噪聲的信號，Y有(L+1)個奇異值σ i，將其中非零值按下標(biāo)由小到大構(gòu)造一個非增序列，從σ i中篩選出其最大值σ_，若滿足 . 0 i/° max ^ l.!(2) 則可將最大模態(tài)數(shù)記為n= i，其中，μ為設(shè)定的閾值，由V的前η個奇異值形成如下
其中，V'為(N-L) Xn矩陣，前η行是由Y的前η個非零奇異值組成的nXn方陣，后N-L-n行全為O ; 引入信息熵的概念來確定模態(tài)階數(shù)，將奇異值σ i所占比重定義為Pi，則奇異值的信息熵可以表示為:

m?(F) = —HP, Ig P,)(4)
CT-/ - ?
Pi = '7'■■■■■■■■■■■■i■■■■■1■■■■■■■■■■~ ， y' P = I， M < L -l.I %其中，幻

/-1當(dāng)Pi = O時,PiIg(Pi) = O,隨著奇異值O i越小，其所占比重Pi越小，從而信息熵H(Y)收斂至有界值，當(dāng)奇異值取值為σ m時，信息熵最接近有界值，則求解模態(tài)階數(shù)記為n = m ; 2)直流控制敏感因子為:W(5)

Π? /:；

ΣΙ^Ι


,-? 其中，Ικ I為各模式留數(shù)模值之和。
/-1
【文檔編號】H02J3/36GK104201708SQ201410376847
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】李興源, 趙睿, 李保宏, 林橋, 劉天琪, 王渝紅, 張英敏, 易俊, 王安斯 申請人:四川大學(xué)