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)實測頻率、為第k次采樣時受端電網(wǎng)實測頻率、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)行時實現(xiàn)如上任一項所述的常直雙側(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，符合實際電網(wǎng)的運(yùn)行要求。