引入頻率偏差反饋控制電壓實現有功調節的閉環控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種引入頻率偏差反饋控制電壓實現有功調節的閉環控制方法，以及閉環控制方法中最優反饋增益參數的求取方法。該方法針對孤立電網有功調節能力不足和整流負荷特殊的負荷特性的特點，提出通過調節負荷母線電壓的方法調節負荷功率，并通過將頻率偏差引入到勵磁調節器作為反饋輸入，從而實現了基于頻率信息的電壓閉環控制方法。通過WAMS系統在線辨識系統故障后存在的不平衡功率，基于負荷特性和電壓靈敏度方法，并考慮發電機組的一次調頻能力，在線求出WAMS電壓閉環控制最優反饋增益參數。通過RTDS仿真，驗證了本發明所提的參數求取方法和引入頻率偏差反饋控制電壓實現有功調節的閉環控制方法的有效性。
【專利說明】引入頻率偏差反饋控制電壓實現有功調節的閉環控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種閉環控制方法，尤其是涉及一種引入頻率偏差反饋控制電壓實現有功調節的閉環控制方法。
【背景技術】
[0002]能源中心和負荷中心呈現嚴重的逆向分布的地區，主要表現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。傳統的解決思路是通過特高壓和超高壓遠距離輸電解決。事實上，依靠建立微電網的方式通過高耗能行業在電源中心就地消納是一種極為有效的解決途徑。
[0003]系統孤島運行能夠給實現企業帶來巨大的經濟效益，但同時也給系統的安全穩定運行帶來了嚴峻的挑戰。傳統的大電網擁有眾多的火電機組。當系統收到功率擾動時，由于系統轉動慣量大，且發電機組眾多，系統能夠通過傳統的一次調頻和二次調頻響應功率擾動，維持系統的頻率和電壓在波動允許范圍。此外，大電網負荷級差眾多，因此可以選擇容量合適的負荷快速切除，從而迅速消除不平衡功率。然而對于類似電解鋁負荷這種高耗能產業，由于負荷結構級差單一，因此可供系統切除的負荷是否有限。僅僅依靠聯切負荷的方式，難以完全消除由于系統的原件故障或者風功率擾動所引起的不平衡功率。孤立電網規模小，系統等效轉動慣量小，因而在負荷功率波動下，系統頻率過渡時間短。綜上所述，對于負荷為類似電解鋁這類的孤立電網，如果僅僅通過傳統的頻率控制手段無法保證系統的安全穩定運行，需要提出高精度的控制方法來保證孤立電網的安全穩定運行。
[0004]類似于電解鋁負荷這類電解類行業，工藝原理是直流電通入電解槽，使溶解于電解質中的氧化鋁在槽內的陰、陽兩極發生電化學反應。負荷幾乎不受系統頻率的影響，沒有常規負荷的一次調頻特性，但與負荷母線的電壓具有強耦合關系。為了能夠充分挖掘孤立電網的調頻能力，解決孤立電網調頻手段不足的狀況，需要研究快速有效的頻率和電壓協調控制方法。

【發明內容】

[0005]本發明創造性的引入頻率偏差反饋控制電壓來實現有功調節的閉環控制。該方法利用整流負荷具有較強的電壓調節特性這一特點，在系統的有功調節能力受限時，充分挖掘負荷的調頻能力，考慮通過調節整流負荷母線的電壓調節整流負荷的有功功率，實現系統的頻率穩定。在原有發電機勵磁調節器的基礎上，利用PMU實時高精度的采集系統頻率，將頻率偏差量作為勵磁調節器參考電壓的正反饋，實現頻率-電壓實時閉環控制，消除系統存在的不平衡功率。
[0006]本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:
[0007]一種弓I入頻率偏差反饋控制電壓實現有功調節的閉環控制方法，其特征是包括以下步驟:
[0008]步驟1、利用廣域測量系統(WAMS)實時監測系統受到的功率擾動大小和系統的熱備用容量大小，計算二者差值從而得到系統存在的不平衡功率Λ P。
[0009]不平衡功率的計算公式為:
【權利要求】
1.一種引入頻率偏差反饋控制電壓實現有功調節的閉環控制方法，其特征是包括以下步驟: 步驟1、利用廣域測量系統實時監測系統受到的功率擾動大小和系統的熱備用容量大小，計算二者差值從而得到系統存在的不平衡功率△Ρ，所述不平衡功率△Ρ的計算公式為: △ P=Pstep -Preserve
其中，△ P表示系統的不平衡功率，Pstep為系統受到的功率擾動值，Preserve為系統的旋轉備用； 步驟2、按照鋁廠負荷的容量的比例將測量出來的系統不平衡功率△Ρ進行合理分配，具體方法是:定義孤立電網有i個負荷點，按照該分配規則計算出這i個負荷點分別需要降低的負荷量，然后利用IEEE負荷建模工作組推薦的整流負荷的模型參數計算出各個負荷點的母線電壓的電壓調整量； 步驟3、利用電壓靈敏度分析的方法求取系統的電壓靈敏度矩陣和電氣距離矩陣，從而得出負荷節點電壓變化量和發電機極端電壓變化量之間的關系；然后結合步驟2中求出的各個負荷節點的母線電壓降低值，得到出各個火電機組的機端電壓的電壓調整量； 步驟4、利用火電機組剩余的有功調節容量和火電機組的單位調節功率計算出系統的頻率偏差，然后利用步驟3計算出來的各個火電機組機端電壓的電壓調整量計算出各臺火電機組勵磁系統的頻率偏差反饋環節的增益參數； 步驟5、利用步驟4所確定的各臺火電機組勵磁系統的頻率偏差反饋環節的增益參數值，將頻率偏差反饋作為勵磁系統勵磁參考電壓環節的輸入，進行實現頻率-電壓協調控制。
2.根據權利要求1所述的一種引入頻率偏差反饋控制電壓實現有功調節的閉環控制方法，其特征是，所述步驟2中，IEEE負荷建模工作組推薦的整流負荷的數學模型基于以下公式:
3.根據權利要求1所述的一種引入頻率偏差反饋控制電壓實現有功調節的閉環控制方法，其特征是，所述步驟3的具體實現方法是:首先計算出系統的電壓靈敏度矩陣和電氣距離矩陣，然后利用計算的電氣距離矩陣找出各個火電機組電氣距離最近的負荷節點，最后利用計算出的負荷節點與發電機節點之間的電壓靈敏度計算出發電機節點的電壓調整量。
4.根據權利要求1所述的一種引入頻率偏差反饋控制電壓實現有功調節的閉環控制方法，其特征是，所述步驟4中，在系統不平衡功率和調差系數已知的情況下，能夠計算出系統的頻率偏差，計算公式如下:
5.根據權利要求1所述的一種引入頻率偏差反饋控制電壓實現有功調節的閉環控制方法，其特征是，所述步驟5中，進行實現頻率-電壓協調控制的具體方法是:利用PMU實時高精度的采集系統頻率，將頻率偏差量△ f作為勵磁調節器參考電壓Vref的正反饋，實現頻率-電壓實時閉環控制，即當系統出現功率缺額導致頻率下降時，頻率偏差會降低勵磁調節器中的機端電壓參考值，從而降低勵磁調節器的輸出，減少發電機的無功輸出，至負荷節點電壓下降，負荷功率降低，直至系統達到新的平衡點。
【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 優先權日:2013年7月12日
【發明者】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, 中電投蒙東能源集團有限責任公司