引入頻率偏差反饋控制電壓實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種引入頻率偏差反饋控制電壓實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方法，以及閉環(huán)控制方法中最優(yōu)反饋增益參數(shù)的求取方法。該方法針對孤立電網(wǎng)有功調(diào)節(jié)能力不足和整流負(fù)荷特殊的負(fù)荷特性的特點(diǎn)，提出通過調(diào)節(jié)負(fù)荷母線電壓的方法調(diào)節(jié)負(fù)荷功率，并通過將頻率偏差引入到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作為反饋輸入，從而實(shí)現(xiàn)了基于頻率信息的電壓閉環(huán)控制方法。通過WAMS系統(tǒng)在線辨識系統(tǒng)故障后存在的不平衡功率，基于負(fù)荷特性和電壓靈敏度方法，并考慮發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻能力，在線求出WAMS電壓閉環(huán)控制最優(yōu)反饋增益參數(shù)。通過RTDS仿真，驗(yàn)證了本發(fā)明所提的參數(shù)求取方法和引入頻率偏差反饋控制電壓實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方法的有效性。
【專利說明】引入頻率偏差反饋控制電壓實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種閉環(huán)控制方法，尤其是涉及一種引入頻率偏差反饋控制電壓實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源中心和負(fù)荷中心呈現(xiàn)嚴(yán)重的逆向分布的地區(qū)，主要表現(xiàn)是絕大部分能源資源分布在西北部，而70%以上的能源需求卻集中在東中部。傳統(tǒng)的解決思路是通過特高壓和超高壓遠(yuǎn)距離輸電解決。事實(shí)上，依靠建立微電網(wǎng)的方式通過高耗能行業(yè)在電源中心就地消納是一種極為有效的解決途徑。
[0003]系統(tǒng)孤島運(yùn)行能夠給實(shí)現(xiàn)企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但同時(shí)也給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的大電網(wǎng)擁有眾多的火電機(jī)組。當(dāng)系統(tǒng)收到功率擾動(dòng)時(shí)，由于系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，且發(fā)電機(jī)組眾多，系統(tǒng)能夠通過傳統(tǒng)的一次調(diào)頻和二次調(diào)頻響應(yīng)功率擾動(dòng)，維持系統(tǒng)的頻率和電壓在波動(dòng)允許范圍。此外，大電網(wǎng)負(fù)荷級差眾多，因此可以選擇容量合適的負(fù)荷快速切除，從而迅速消除不平衡功率。然而對于類似電解鋁負(fù)荷這種高耗能產(chǎn)業(yè)，由于負(fù)荷結(jié)構(gòu)級差單一，因此可供系統(tǒng)切除的負(fù)荷是否有限。僅僅依靠聯(lián)切負(fù)荷的方式，難以完全消除由于系統(tǒng)的原件故障或者風(fēng)功率擾動(dòng)所引起的不平衡功率。孤立電網(wǎng)規(guī)模小，系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，因而在負(fù)荷功率波動(dòng)下，系統(tǒng)頻率過渡時(shí)間短。綜上所述，對于負(fù)荷為類似電解鋁這類的孤立電網(wǎng)，如果僅僅通過傳統(tǒng)的頻率控制手段無法保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要提出高精度的控制方法來保證孤立電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0004]類似于電解鋁負(fù)荷這類電解類行業(yè)，工藝原理是直流電通入電解槽，使溶解于電解質(zhì)中的氧化鋁在槽內(nèi)的陰、陽兩極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。負(fù)荷幾乎不受系統(tǒng)頻率的影響，沒有常規(guī)負(fù)荷的一次調(diào)頻特性，但與負(fù)荷母線的電壓具有強(qiáng)耦合關(guān)系。為了能夠充分挖掘孤立電網(wǎng)的調(diào)頻能力，解決孤立電網(wǎng)調(diào)頻手段不足的狀況，需要研究快速有效的頻率和電壓協(xié)調(diào)控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明創(chuàng)造性的引入頻率偏差反饋控制電壓來實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制。該方法利用整流負(fù)荷具有較強(qiáng)的電壓調(diào)節(jié)特性這一特點(diǎn)，在系統(tǒng)的有功調(diào)節(jié)能力受限時(shí)，充分挖掘負(fù)荷的調(diào)頻能力，考慮通過調(diào)節(jié)整流負(fù)荷母線的電壓調(diào)節(jié)整流負(fù)荷的有功功率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。在原有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，利用PMU實(shí)時(shí)高精度的采集系統(tǒng)頻率，將頻率偏差量作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參考電壓的正反饋，實(shí)現(xiàn)頻率-電壓實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，消除系統(tǒng)存在的不平衡功率。
[0006]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
[0007]一種弓I入頻率偏差反饋控制電壓實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方法，其特征是包括以下步驟:
[0008]步驟1、利用廣域測量系統(tǒng)(WAMS)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)受到的功率擾動(dòng)大小和系統(tǒng)的熱備用容量大小，計(jì)算二者差值從而得到系統(tǒng)存在的不平衡功率Λ P。
[0009]不平衡功率的計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種引入頻率偏差反饋控制電壓實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方法，其特征是包括以下步驟: 步驟1、利用廣域測量系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)受到的功率擾動(dòng)大小和系統(tǒng)的熱備用容量大小，計(jì)算二者差值從而得到系統(tǒng)存在的不平衡功率△Ρ，所述不平衡功率△Ρ的計(jì)算公式為: △ P=Pstep -Preserve
其中，△ P表示系統(tǒng)的不平衡功率，Pstep為系統(tǒng)受到的功率擾動(dòng)值，Preserve為系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用； 步驟2、按照鋁廠負(fù)荷的容量的比例將測量出來的系統(tǒng)不平衡功率△Ρ進(jìn)行合理分配，具體方法是:定義孤立電網(wǎng)有i個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，按照該分配規(guī)則計(jì)算出這i個(gè)負(fù)荷點(diǎn)分別需要降低的負(fù)荷量，然后利用IEEE負(fù)荷建模工作組推薦的整流負(fù)荷的模型參數(shù)計(jì)算出各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的母線電壓的電壓調(diào)整量； 步驟3、利用電壓靈敏度分析的方法求取系統(tǒng)的電壓靈敏度矩陣和電氣距離矩陣，從而得出負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓變化量和發(fā)電機(jī)極端電壓變化量之間的關(guān)系；然后結(jié)合步驟2中求出的各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的母線電壓降低值，得到出各個(gè)火電機(jī)組的機(jī)端電壓的電壓調(diào)整量； 步驟4、利用火電機(jī)組剩余的有功調(diào)節(jié)容量和火電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率計(jì)算出系統(tǒng)的頻率偏差，然后利用步驟3計(jì)算出來的各個(gè)火電機(jī)組機(jī)端電壓的電壓調(diào)整量計(jì)算出各臺火電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的頻率偏差反饋環(huán)節(jié)的增益參數(shù)； 步驟5、利用步驟4所確定的各臺火電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的頻率偏差反饋環(huán)節(jié)的增益參數(shù)值，將頻率偏差反饋?zhàn)鳛閯?lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁參考電壓環(huán)節(jié)的輸入，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)頻率-電壓協(xié)調(diào)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種引入頻率偏差反饋控制電壓實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方法，其特征是，所述步驟2中，IEEE負(fù)荷建模工作組推薦的整流負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型基于以下公式:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種引入頻率偏差反饋控制電壓實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方法，其特征是，所述步驟3的具體實(shí)現(xiàn)方法是:首先計(jì)算出系統(tǒng)的電壓靈敏度矩陣和電氣距離矩陣，然后利用計(jì)算的電氣距離矩陣找出各個(gè)火電機(jī)組電氣距離最近的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，最后利用計(jì)算出的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)與發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)之間的電壓靈敏度計(jì)算出發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的電壓調(diào)整量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種引入頻率偏差反饋控制電壓實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方法，其特征是，所述步驟4中，在系統(tǒng)不平衡功率和調(diào)差系數(shù)已知的情況下，能夠計(jì)算出系統(tǒng)的頻率偏差，計(jì)算公式如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種引入頻率偏差反饋控制電壓實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方法，其特征是，所述步驟5中，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)頻率-電壓協(xié)調(diào)控制的具體方法是:利用PMU實(shí)時(shí)高精度的采集系統(tǒng)頻率，將頻率偏差量△ f作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參考電壓Vref的正反饋，實(shí)現(xiàn)頻率-電壓實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，即當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額導(dǎo)致頻率下降時(shí)，頻率偏差會降低勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的機(jī)端電壓參考值，從而降低勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輸出，減少發(fā)電機(jī)的無功輸出，至負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓下降，負(fù)荷功率降低，直至系統(tǒng)達(dá)到新的平衡點(diǎn)。
【文檔編號】H02J3/48GK103457297SQ201310293364
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】孫元章, 徐箭, 李曉民, 廖思陽, 劉明勝, 谷俊和, 劉建平, 董建勛, 許超, 周密 申請人:武漢大學(xué), 中電投蒙東能源集團(tuán)有限責(zé)任公司