异步联网方式下云南电网超低频振荡的抑制措施与试验

在云南异步联网验证性试验过程中,云南电网频率出现了长时间的超低频率振荡现象,威胁电网的安全稳定运行。在单机系统及BPA仿真系统下分析了水电机组调速器不同参数以及直流频率限制控制器对频率稳定性的影响,通过仿真计算提出了调整云南水电机组调速器死区、优化PI参数等措施,并比较了不同措施的特点。经过实际电网大、小扰动试验验证,本文所提措施可以有效解决异步后云南电网的超低频振荡问题。

电力系统超低频率振荡模式排查及分析

近年来,在水电机组比例较高的孤网和直流孤岛送出系统中陆续出现振荡频率低于0.1 Hz的超低频率振荡现象。为查找振荡原因,文章建立了一个典型的孤岛送出系统,并用特征根分析和时域仿真的方法对超低频率振荡模式进行了排查和分析。当孤岛系统中发电机采用实测调速系统模型参数后,时域仿真中孤岛系统出现了频率振荡,同时计算系统全部特征根可查找到一对超低频率振荡特征根,该特征根根的阻尼比随着发电机调速系统调节速度的加快而降低。进一步的灵敏度计算得出:水轮机引水系统水锤效应时间常数,调速系统的频率放大倍数,以及数字控制部分积分、比例、微分系数将显著改变特征根在复平面上的位置,同时也改变了超低频率振荡模式的阻尼比,这些参数是影响超低频率模式的关键因素。分析表明超低频率振荡是调速系统引起的机械振荡模式,对调速系统进行参数优化可从根本解决振荡问题,同时也降低了机组一次调频能力。另一方面,投入直流控制系统频率限制控制(frequency limit controller,FLC)功能可快速调节直流电流或直流功率,能一定程度提高孤岛系统的频率调节性能,FLC的死区不易过大,其值可参考机组调速系统一次调频死区配置。

水轮机调速器的仿人智能PID控制

基于仿人智能控制的原理 ,提出了水轮机调节系统的仿人智能 PID控制策略与规则。所述智能 PID控制器基于对控制误差的识别来调整控制策略和控制参数 ,比常规 PID有更好的动态调节特性和鲁棒性 ,且实时性强 ,易于实施。仿真与现场试验结果表明 :仿人智能 PID控制可以提高水轮机调节系统的速动性和稳定性。

水轮机调速系统的非线性自适应控制

水门开度控制不仅对电力系统暂态稳定性的改善有极其重要的作用,而且对抑制电力系统低频振荡、改善动态品质也有不可低估的作用。国内外水轮机调速器的控制器设计通常是基于具有准确参数的理想水轮机模型。论文考虑了水轮发电机固有的非线性以及水轮机参数的不确定性,基于微分几何理论和自适应控制方法推导了水轮机调速的非线性自适应控制律(NAC)。数字仿真试验表明,所设计的调速器控制律具有较强的参数自适应能力,在改善系统动态特性和提高系统大干扰稳定性方面优于未考虑参数不确定的非线性控制律(CNGC)。

基于水轮发电机综合非线性模型的调速器控制

为了提高大型水轮机组远距离输电的安全稳定性,在具有刚性水锤的一类水轮发电机的综合非线性模型的基础上,根据非线性微分几何控制理论,提出了新的调节输出设计法。该方法可以克服现有调速器非线性控制面临的零动态设计瓶颈,从而推导出调速器的一种新型非线性控制律——综合非线性调速器控制器(CNGC)。同时,论证了理想水轮机模型是该综合非线性模型在额定运行点线性化近似的结果。数字仿真实验表明,所提出的CNGC不但效果远好于常规控制律,而且优于现有的基于理想水轮机模型推导的非线性控制律(GNOPSS)。

基于混沌粒子群算法的水轮机调速系统参数辨识及建模试验

针对粒子群算法存在的后期收敛速度慢和易陷入局部最优等缺点,引入收缩因子和混沌优化思想对其改进,并将其应用于调速系统被控对象有关参数辨识问题上。提出一种水轮机调速系统参数辨识满意度函数设计的新方法,该方法直接计算系统响应的上升时间、调节时间、反调峰值功率、反调峰值时间等品质参数,并以系统总体满意度作为满意度函数。对某混流式水轮机调速器控制参数进行实测并对机组引水道参数进行辨识,试验结果表明:仿真数据能够准确模拟机组负荷的频率阶跃扰动响应,可以满足电网稳定性计算要求;在系统受到较大干扰时,该算法仍具有精确的参数辨识能力和很高的收敛效率。

基于改进遗传算法的水轮机调速器参数优化

本文提出了一种用改进的遗传算法优化水轮机调速器参数的新方法 ,通过引入自适应变化的变异概率和交叉概率 ,改善了遗传算法的寻优效率 ,并提出了分段加权的目标函数 ,能够改善水轮机调速器的反冲影响 ,通过仿真表明 ,改进遗传算法寻优效率较简单遗传算法有了大幅提高 。

云南电网水电机组参与一次调频改进方案

水电机组参与电网一次调频技术的应用目前在国内尚不成熟。针对这一问题,通过方案设计分析和仿真试验研究,为完善并投入云南电网内主力水电机组一次调频功能提出了可行的解决方案。该方案综合考虑了全厂监控系统与单机调速器控制功能的相互影响,通过协调两者控制动作保证水电机组一次调频功能够持续有效的发挥,满足支撑电网频率稳定的要求。所提出的技术方案对国内同类型机组具有实用推广价值。

用于稳定计算的水轮机调速系统原动机模型

水轮机调速系统模型中,水轮机原动机(包括水轮机和过水系统)的强非线性对稳定计算结果有着重要影响。水轮机原动机的主要特点是强非线性以及水击,尤其在导叶开度大于50%的区间,在该区间范围内增大相同的导叶开度导致增加的功率小。通过水轮机原动机理论建模研究,并以现场试验修正理论模型,建立了适用于电力系统稳定计算的水轮机调速系统原动机模型,即"机组导叶开度与出力关系曲线加理想水轮机"的非线性模型;根据水轮机真机与模型机组的相似性,进一步提出了利用水轮机模型综合特性曲线和现场试验得出最大水头和最小水头下该曲线的方法,以满足电力系统稳定计算的不同需要。

基于微分几何的水电站过渡过程非线性控制

通过建立基于刚性水击的水电站小波动及水力干扰过渡过程非线性数学模型,从非线性微分几何控制理论出发,提出了构造调节输出函数的设计原则,使得非线性非最小相位系统能完全精确线性化,从而避免了判别零动态稳定性问题。运用该设计原则,推导出水电站小波动及水力干扰过渡过程非线性控制律,同时进行了数值仿真试验。结果表明:本文所提出的非线性控制律计算结果合理,且明显优于常规控制律。

基于线性与非线性模型的水轮机调速器PID参数优化比较

分别推导出了基于线性模型和非线性模型的水轮机调节系统闭环比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制的微分方程。以水轮发电机组转速偏差相对值的时间乘误差绝对值积分指标作为粒子群优化算法的适应度函数,分别实现了采用这2种不同数学模型的水轮机调速器PID参数的优化设计。计算结果表明,PSO优化算法对于非线性系统控制参数的优化设计是一种有效的方法;采用不同数学模型的水轮机调节系统,其PID参数的优化结果是不同的;水轮机调节系统采用非线性模型时的优化结果相对较好。

梯级串联电站联合运行状态半开式反馈调节器研究

梯级串联电站级间可调库容与电站流量相比很小时,各级电站不能独立进行功率调节。本文建立了梯级串联电站联合运行的调节系统状态空间模型,通过最优控制和降维设计相结合的方法,提出了在进行功率(转速)调节的同时能使电站间流量平衡的降维状态反馈调节器。仿真实验结果表明:使用该多目标、多功能降维状态反馈调节器可很好地解决梯级串联水电站联合运行系统稳定问题。由于该调节器反馈的状态量少且易测量故便于实际应用。

具有多性能指标的水轮机调速器非线性设计

根据水电站水力系统具体水工结构的不同,针对水库-引水涵洞-调压室-压力引水管-水轮发电机组水力发电系统,首次建立了用于水轮机调速系统研究的5阶非线性控制模型,利用多性能指标非线性控制设计方法对水轮机调速系统进行设计,通过调整输出函数系数矩阵的值来实现系统的零极点配置。仿真结果表明:多性能指标非线性控制(MINC)设计方法比完全精确线性化(EFL)设计方法具有更好的系统调节性能,在保证系统稳定性的同时能快速调整水轮机速度偏差为零,并且系统具有良好的抗负荷干扰性能,通过输出函数系数矩阵的调整实现协调系统动、静态性能,从而实现水轮机调速系统的高性能调节。

水轮机及其调速系统建模与参数辨识方法

介绍了时域法、频域法和遗传算法等常用的电力系统模型辨识方法。以现场试验数据为基础,分别用PLPF法和遗传算法对水轮机及调速系统进行了参数辨识,结果表明遗传算法能较准确地辨识出系统各个环节的数学模型,仿真曲线更接近实际,体现了遗传算法在非线性模型辨识方面的优越性。

多机系统水轮机调速器鲁棒非线性协调控制

现代电网具有强非线性、受外界干扰严重和耦合性强3个特征。鲁棒非线性协调控制方法是提高和改善以多机系统为背景的现代电网稳定性最有效、最经济的手段之一。文中应用上述先进控制方法,构造了多机系统水轮机调速器非线性分散控制策略。该策略表达式中的参数只与局部可测量有关,与网络参数无关,因而具备良好的工程可实现性。此外,通过多机电网36节点系统仿真表明,所构造的策略可有效抑制干扰,显著提高电力系统的暂态稳定性。

调速器液压系统的故障诊断及可靠控制策略

在分析水轮机微机调速器液压随动系统失效机理的基础上，总结了系统基于专家知识的故障诊断方法，并提出了一种模型参考故障诊断方法．同时应用智能技术将故障诊断与相应的可靠控制策略结合起来，在故障诊断定位的基础上，通过控制策略的变化，消除或弱化故障的影响，达到保证机组安全的目的．仿真研究和工业应用实践充分证明了这些理论和方法的实用性。

水轮机微机调速器控制策略分析与研究

水轮机调速器分为机械液压型、电气液压型和微机调速器,前两种只能采用常规PI或PID控制策略,难以满足和提高大型水轮机组或孤立电网带负荷机组调节系统的控制品质和要求,因此变参数PID调节、自适应控制、模糊控制等复杂和更高级的控制策略只能依靠计算机来完成,由于水轮机调节系统是一个具有非线性、时变性的非最小相位系统,采用线性理论分析和设计的调速器无法得到满意的结果,因此对微机调速器的结构和控制策略进行对比分析,从中找出较合适的控制结构和策略。

基于外部存档的并行遗传算法在水轮机调速器参数优化中的应用

目前水轮机调速器(proportional-integral-derivative,PID)参数的现场整定一般采用经验公式,往往不易获得最优参数。通过将多目标进化算法和多属性决策技术(multi-attribute decision-making,MADM)联合应用,将水轮机调速器PID参数与系统的跟随性能、扰动抑制性能和鲁棒性指标作为目标函数进行优化。采用多种群并行遗传算法对水轮机调速器PID控制参数进行整定,改进了种群间个体的交流和迁徙,及各种群的协调进化模式,构建2个外部档案,其中档案I保存当前所能找到的Pareto前沿以便进行多属性决策,档案II采用小生境参数及目标向量间的空间距离对档案I进行小生境规模调整,形成均匀分布的非劣最优解子集指导迁徙,使得各种群能够协调搜索目标空间的Pareto前沿,算法协调搜索以寻找到尽可能多的Pareto最优解,再利用多属性决策技术获得最终"满意解"。仿真结果表明,该方法获得的调节参数性能指标良好,且简单易行。

多项式方程法在水轮发电机调速器中的应用

PID控制、最少拍控制均存在对系统参数敏感的问题,对于水轮发电机组具有参数时变性和非最小相位特性这样的系统,上述2种控制都难以达到满意的控制效果,但通过对PID控制过程的数据挖掘,用MATLAB中的regress函数可得到控制器的线性解析式,这个多项式方程包含了PID控制规律,但又具有对系统参数不敏感的特点,应用于水轮发电机组调速系统表现出了很强的鲁棒性。

发电机励磁调节和电磁过程对机组转速控制的影响

本文利用水电机组机械和电磁过渡过程联合平台,通过对不同负荷模型时水轮机调节系统负荷扰动的仿真研究,探讨了发电机电磁过渡过程和励磁调节对水电机组转速控制的影响。研究结果表明:励磁系统的调节作用和发电机的电磁过渡过程对水轮机调速器的负荷扰动特性有着十分明显的影响,在进行调速器动态特性研究时应计及这种影响。