本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)控制,尤其涉及一種常直雙側(cè)flc與水電一次調(diào)頻協(xié)調(diào)控制及其參數(shù)優(yōu)化方法。
背景技術(shù):
1、異步聯(lián)網(wǎng)可以解決大規(guī)模交直流并聯(lián)電網(wǎng)故障后帶來的功率和電壓等穩(wěn)定問題,但異步后,同步電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)模減小,系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量大幅下降,頻率調(diào)節(jié)能力削弱。
2、相關(guān)技術(shù)方案中,為解決這個問題,一些學(xué)者提出了在直流控制系統(tǒng)中增加直流頻率限制控制器((frequency?limit?controller,flc),讓直流參與電網(wǎng)頻率的調(diào)節(jié)。直流flc本質(zhì)上是高壓直流輸電系統(tǒng)的一種頻率附加控制,可分為兩類,一種基于比例-積分(proportional-integral,pi)環(huán)節(jié)的flc,另外一種基于一階慣性環(huán)節(jié)的flc。
3、然而,二者引入的都是頻率偏差信號,模擬均為同步發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻特性,但這會引入頻率的高頻噪聲,可能會引起系統(tǒng)的振蕩。
4、隨著電網(wǎng)的發(fā)展,異步互聯(lián)的雙側(cè)系統(tǒng)均需要直流系統(tǒng)參與頻率調(diào)節(jié),同時也需要考慮控制參數(shù)的優(yōu)化。而控制器參數(shù)對頻率協(xié)調(diào)控制功能的控制效果影響具有決定性作用,不合理的控制參數(shù)會影響控制器的收斂效果,甚至導(dǎo)致控制無法收斂,因此,需要一種常直雙側(cè)flc與水電一次調(diào)頻協(xié)調(diào)控制及其參數(shù)優(yōu)化方法,在不引入頻率的高頻噪聲的基礎(chǔ)上,克服異步聯(lián)網(wǎng)后同步電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)模減小、系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量大幅下降、頻率調(diào)節(jié)能力削弱的問題。
5、上述內(nèi)容僅用于輔助理解本發(fā)明的技術(shù)方案,并不代表承認(rèn)上述內(nèi)容是現(xiàn)有技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種常直雙側(cè)flc與水電一次調(diào)頻協(xié)調(diào)控制及其參數(shù)優(yōu)化方法,旨在解決如何克服異步聯(lián)網(wǎng)后同步電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)模減小、系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量大幅下降、頻率調(diào)節(jié)能力削弱的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供的一種常直雙側(cè)flc與水電一次調(diào)頻協(xié)調(diào)控制及其參數(shù)優(yōu)化方法,所述方法包括:
3、調(diào)用預(yù)設(shè)常直雙側(cè)flc控制邏輯算法對常直雙側(cè)flc進(jìn)行控制,其中,所述預(yù)設(shè)常直雙側(cè)flc控制邏輯算法包括整流側(cè)頻率附加控制算法、逆變側(cè)頻率附加控制算法和雙端頻率協(xié)調(diào)控制算法;
4、調(diào)用雙層優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)模型,其中,所述雙層優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)模型的第一層為常直雙側(cè)flc控制環(huán)節(jié)參數(shù)優(yōu)化層,第二層為常直雙側(cè)flc死區(qū)參數(shù)和水電機(jī)組pid調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化層;
5、基于時域仿真分析結(jié)果,采用粒子群優(yōu)化算法對所述第一層中的常直雙側(cè)flc控制環(huán)節(jié)參數(shù)進(jìn)行求解;以及,
6、利用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法,對所述第二層中的所述常直雙側(cè)flc死區(qū)參數(shù)和所述水電機(jī)組的pid調(diào)速器參數(shù)進(jìn)行求解,其中,所述pid調(diào)速器參數(shù)以單機(jī)階躍響應(yīng)時間最快為目標(biāo)、阻尼比大于零為約束條件,采用特征值靈敏度方法進(jìn)行迭代計算得到。
7、可選地,所述整流側(cè)頻率附加控制算法包括:
8、獲取送端電網(wǎng)交流頻率和電網(wǎng)額定頻率;
9、將所述送端電網(wǎng)交流頻率與所述電網(wǎng)額定頻率作差,得到送端電網(wǎng)頻率偏差值;
10、將送端電網(wǎng)頻率偏差值和送端死區(qū)的差輸入至pi控制器,計算出整流側(cè)頻率;
11、基于所述整流側(cè)頻率進(jìn)行附加控制。
12、可選地,所述逆變側(cè)頻率附加控制算法包括:
13、獲取受端電網(wǎng)交流頻率與電網(wǎng)額定頻率;
14、將所述受端電網(wǎng)交流頻率與所述電網(wǎng)額定頻率作差,得到受端電網(wǎng)頻率偏差;
15、將所述受端電網(wǎng)頻率偏差和受端死區(qū)的差輸入至pi控制器中,計算出逆變側(cè)頻率;
16、基于所述逆變側(cè)頻率進(jìn)行附加控制。
17、可選地,所述雙端頻率協(xié)調(diào)控制算法包括:
18、獲取雙端頻率,并計算兩側(cè)頻差;
19、基于所述兩側(cè)頻差,計算功率調(diào)節(jié)量的差值,
20、將系統(tǒng)頻差抑制至所述功率調(diào)節(jié)量的差值內(nèi),以將系統(tǒng)頻差抑制在雙側(cè)flc死區(qū)內(nèi)。
21、可選地,所述常直雙側(cè)flc控制環(huán)節(jié)參數(shù)優(yōu)化層的目標(biāo)函數(shù),包括:
22、
23、
24、其中,為仿真時長;為常直雙側(cè)flc控制環(huán)節(jié)參數(shù);為送端電網(wǎng)頻率偏差的絕對值與受端電網(wǎng)頻率偏差的絕對值之和;為數(shù)量級調(diào)節(jié)因子,以避免在優(yōu)化中出現(xiàn)因數(shù)量級差異造成“覆蓋”現(xiàn)象;為送端flc功率調(diào)節(jié)量與受端flc功率調(diào)節(jié)量之差的絕對值;為送端flc功率調(diào)節(jié)量;為受端flc功率調(diào)節(jié)量;為送端電網(wǎng)頻率偏差;為受端電網(wǎng)頻率偏差。
25、可選地,所述常直雙側(cè)flc死區(qū)參數(shù)和水電機(jī)組pid調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化層的目標(biāo)函數(shù),包括:
26、
27、
28、
29、
30、其中,為雙側(cè)flc死區(qū)下限;為雙側(cè)flc死區(qū)上限;n為采樣總頻次;為第k次采樣時送端電網(wǎng)實(shí)測頻率、為第k次采樣時受端電網(wǎng)實(shí)測頻率、為第k次采樣時送端電網(wǎng)額定頻率,為采樣時間間隔,為第k次采樣時常直雙側(cè)flc的功率調(diào)節(jié)量,為調(diào)用水電機(jī)組一次調(diào)頻備用的時間。
31、可選地,所述基于時域仿真分析結(jié)果,采用粒子群優(yōu)化算法對所述第一層中的常直雙側(cè)flc控制環(huán)節(jié)參數(shù)進(jìn)行求解的步驟,具體包括:
32、s1,設(shè)置模型參數(shù)及優(yōu)化算法參數(shù)初始值;
33、s2,計算各粒子的目標(biāo)值;
34、s3,基于所述目標(biāo)值更新各粒子的速度、位置、權(quán)重參數(shù);
35、s4,將最新的粒子參數(shù)更新為控制器參數(shù)、;
36、s5,判斷所更新的控制器參數(shù)、是否滿足迭代精度要求,若是則執(zhí)行步驟s7,若否則執(zhí)行步驟s6;
37、s6,將所更新的控制器參數(shù)、輸入pscad電磁暫態(tài)仿真工具中,以得到目標(biāo)函數(shù)模型計算所需的模型參數(shù),然后返回步驟s2;
38、s7,輸出當(dāng)前的控制器參數(shù)值作為最終的常直雙側(cè)flc控制環(huán)節(jié)參數(shù)。
39、可選地,所述利用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法,對所述第二層中的所述常直雙側(cè)flc死區(qū)參數(shù)和所述水電機(jī)組pid調(diào)速器參數(shù)進(jìn)行求解的步驟包括:
40、s10,種群初始化;
41、s20,確定個體最優(yōu)與群體最優(yōu);
42、s30,更新慣性權(quán)重;
43、s40,最新粒子的速度和位置;
44、s50,交叉變異操作;
45、s60,計算粒子的適應(yīng)度并更新pareto最優(yōu)解集;
46、s70,更新群體最優(yōu)與個體最優(yōu);
47、s80,判斷是否滿足預(yù)設(shè)迭代次數(shù),若是則輸出結(jié)果,若否則返回步驟30。
48、可選地,所述pid調(diào)速器參數(shù)的計算步驟包括:
49、s100,初始化pid調(diào)速器參數(shù);
50、s200,根據(jù)狀態(tài)空間方程求解實(shí)部最大的特征值,并求出其對應(yīng)的阻尼比;
51、其中,為系統(tǒng)的衰減因子,為角頻率;
52、s300,基于特征值靈敏度分析算法,計算各個pid調(diào)速器參數(shù)對應(yīng)的特征值靈敏度,根據(jù)所設(shè)步長l,得到,即:
53、
54、其中,l為步長,rand1,rand2,rand3為(0,1)的隨機(jī)數(shù);
55、s400,判斷,若是,則將pid調(diào)速器參數(shù)更新為:
56、
57、其中,,,為積分上限時間,為系統(tǒng)在時間t的輸出值,為穩(wěn)態(tài)值,為水輪機(jī)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù),為復(fù)變量,為穩(wěn)態(tài)增益系數(shù);
58、s500,重復(fù)s200~s400,直到阻尼比小于預(yù)設(shè)阻尼比閾值,或直到迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù),輸出當(dāng)前的pid調(diào)速器參數(shù)為最終pid調(diào)速器參數(shù)。
59、此外,為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明還提供一種水電系統(tǒng),所述水電系統(tǒng)包括:存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的常直雙側(cè)flc與水電一次調(diào)頻協(xié)調(diào)控制及其參數(shù)優(yōu)化程序,所述常直雙側(cè)flc與水電一次調(diào)頻協(xié)調(diào)控制及其參數(shù)優(yōu)化程序被所述處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如上任一項(xiàng)所述的常直雙側(cè)flc與水電一次調(diào)頻協(xié)調(diào)控制及其參數(shù)優(yōu)化方法的步驟。
60、本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明不僅能夠?qū)崿F(xiàn)直流系統(tǒng)互聯(lián)電網(wǎng)的頻率相互支撐,還充分考慮了控制參數(shù)影響,送、受端電網(wǎng)在大功率階躍擾動下的頻率峰值波動程度均有所下降,為擾動側(cè)的電網(wǎng)提供頻率支撐,不會擴(kuò)大事故范圍,提高互聯(lián)電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。在大功率階躍擾動工況下均能保證雙側(cè)flc對送、送端電網(wǎng)頻率的有效調(diào)節(jié),具有較好的適應(yīng)性,而且不會改變交流系統(tǒng)頻率控制的基本原則,符合實(shí)際電網(wǎng)的運(yùn)行要求。