一种用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，特别是一种用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法。


背景技术：

2.港口供电系统距离电源中心较远，接入点的电网较弱，港口的负载为桥吊和轨道吊，其通过电力电子装置与电网相连，随着负载端码头桥吊、轨道吊、avg充电设备等电力电子设备的接入，电网等效模型中网侧电抗逐渐增大，电网越来越体现弱电网特性，系统电压电流容易产生次同步振荡，严重时会影响到港口的正常生产工作。


技术实现要素：

3.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
4.鉴于上述和/或现有的用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法中存在的问题，提出了本发明。
5.因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法，其包括，将港口供电系统中的负载设备中的一种或多种设备接入电网，并对不同情况下的电力信号进行采样；对采集的电力信号进行次同步振荡频率检测并划分振荡频段；根据次同步振荡频段建立直流附加阻尼器模型，基于群体智能优化算法进行优化求解；分别为不同频段的次同步振荡提供合适的阻尼。
7.作为本发明所述用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的一种优选方案，其中：所述港口供电系统中的负载设备至少包括码头桥吊、轨道吊和avg充电设备。
8.作为本发明所述用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的一种优选方案，其中：所述直流附加阻尼器模型包括次同步振荡抑制通道，所述直流附加阻尼器模型包括次同步振荡抑制通道，所述次同步振荡抑制通道包括带通滤波器、校正装置和限幅环节。
9.作为本发明所述用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的一种优选方案，其中：所述次同步振荡频包括无振荡频段、低振荡频段、中振荡频段和高振荡频段。
10.作为本发明所述用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的一种优选方案，其中：当次同步振荡频段为无振荡频段时，无需设立直流附加阻尼器模型以提供阻尼；当次同步振荡频段为低振荡频段时，直流附加阻尼器模型中只设置1个同步振荡抑制通道；当次同步振荡频段为中振荡频段时，直流附加阻尼器模型中设置2个同步振荡抑制通道；当次同步振荡频段为高振荡频段时，直流附加阻尼器模型中设置3个同步振荡抑制通道。
11.作为本发明所述用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的一种优选方案，其
中：所述带通滤波器结构为：
[0012][0013]
式中，b为积分算子，z1、z2为带通滤波器的增益系数，t
l
为带通滤波器的时间常数；
[0014]
所述限幅环节的结构为：
[0015][0016]
式中，b为积分算子，tu、tv为陷波器时间常数，m和n为陷波器阶数。
[0017]
作为本发明所述用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的一种优选方案，其中：所述校正装置的结构为：
[0018][0019]
式中，ks、k
d1
、k
d2
、k
d3
、k
i1
、k
i2
、k
i3
为校正装置的可调参数，s为复变量。
[0020]
作为本发明所述用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的一种优选方案，其中：基于群体智能优化算法进行优化求解包括，
[0021]
建立基于次同步振荡阻尼系数的目标函数表达式：
[0022][0023]
式中，n
x
为接入电网的负载设备在不同组合形式下的数量，ζ0为期望最小阻尼系数，ζ
x
为第x种组合形式下的次同步振荡阻尼系数；
[0024]
初始化光强吸收系数α，步长因子β，最大吸引度γ0，最大迭代次数p；
[0025]
根据负载设备在不同组合形式下的数量确定群体个数m，随机产生m个函数解x0，x1，
…
，xm，并根据函数解计算对应的适应度值fit(x)；
[0026]
根据最大适应度值计算群体的吸引度和相对亮度，根据所述吸引度和相对亮度更新群体，即更新函数解；
[0027]
若达到最大迭代次数，则获得最优解；否则，则选择小概率的群体进行更新，重新计算最优解；
[0028]
其中，所述适应度值fit(x)为：
[0029][0030]
作为本发明所述用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的一种优选方案，其中：还包括，
[0031]
所述群体的吸引度γ为：
[0032][0033]
所述群体的相对亮度为δ：
[0034][0035]
根据下式更新群体x：
[0036]
x＝x0 γ(x
m-x0) βη
[0037]
其中，δ0为所述最大适应度值，d
bc
为群体b和群体c间的距离；η为服从高斯分布生成的搜索数。
[0038]
作为本发明所述用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的一种优选方案，其中：更新函数解的方法为存储开始时刻的函数解和开始时刻的函数解的函数值，并将t时刻获得的函数解和函数值与已存储的函数解和函数值进行比较，
[0039]
择优保存，迭代结束后，存储的函数解即为所述最优解。
[0040]
本发明有益效果为：将港口供电系统中的多种负载设备进行组合，并对不同组合形式下的振荡频段进行划分，基于群体智能优化算法对直流附加阻尼器模型的控制参数进行优化，实现对电力系统振荡的抑制，提高负载设备接入电网时电力系统的稳定性。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0042]
图1为用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的流程图。
[0043]
图2为用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的图港口负载设备接入电网示意图。
[0044]
图3为用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的只设置1个同步振荡抑制通道示意图。
[0045]
图4为用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的设置3个同步振荡抑制通道示意图。
[0046]
图5为用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的在中次同步振荡频段中采用传统无源振荡抑制和本发明直流附加阻尼器模型测得的线路有功功率示意图。
[0047]
图6为用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法的在高次同步振荡频段中采用传统无源振荡抑制和本发明直流附加阻尼器模型测得的线路有功功率示意图
具体实施方式
[0048]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0049]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0050]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0051]
实施例1
[0052]
参照图1～图6，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种用于抑制港口供电
系统次同步振荡的方法，用于抑制港口供电系统次同步振荡的方法如下步骤：
[0053]
s1、将港口供电系统中的负载设备中的一种或多种设备接入电网，并对不同情况下的电力信号进行采样。
[0054]
其中，负载设备至少包括码头桥吊、轨道吊和avg充电设备，以上所说的对不同情况是指不同种类的负载设备进行排列组合，会出现多种接入电网的情况，例如仅有码头桥吊接入电网、仅有轨道吊接入电网、码头桥吊和轨道吊共同接入电网等多种情况。
[0055]
需要说明的是，在特定情况下，不同种类的负载设备接入电网，由于其设备参数差别较大，较为容易引发系统不同层度的次同步振荡，而相同设备以不同数量接入电网，由于其设备参数相同，引发系统次同步振荡概率相对较低，因此本发明通过对不同种类的负载进行组合，以便于引发系统不同层度的次同步振荡。
[0056]
s2、对采集的电力信号进行次同步振荡频率检测并划分振荡频段。
[0057]
可采用通过傅里叶变换对所述次同步振荡进行检测分析，此为现有技术，不做赘述。根据次同步振荡频率，将振荡频段分为无振荡频段、低振荡频段、中振荡频段和高振荡频段，其中，无振荡频段中振荡频率范围为0～5hz，低振荡频段的振荡频率范围为5～15hz，中振荡频段的振荡频率范围为15～35hz，高振荡频段的振荡频率范围为35～50hz。
[0058]
s3、根据次同步振荡频段建立直流附加阻尼器模型，基于群体智能优化算法进行优化求解。
[0059]
在此步骤中，直流附加阻尼器模型包括次同步振荡抑制通道，同步振荡抑制通道可以设置为1个，也可以设置为多个，其数量根据次同步振荡频进行设置。如图3，同步振荡抑制通道仅设置1个，如图4，同步振荡抑制通道设置为3个。
[0060]
所述次同步振荡抑制通道包括带通滤波器、校正装置和限幅环节，其中，所述带通滤波器结构为：
[0061][0062]
式中，b为积分算子，z1、z2为带通滤波器的增益系数，t
l
为带通滤波器的时间常数；
[0063]
所述限幅环节的结构为：
[0064][0065]
式中，b为积分算子，tu、tv为陷波器时间常数，m和n为陷波器阶数。
[0066]
所述校正装置的结构为：
[0067][0068]
式中，ks、k
d1
、k
d2
、k
d3
、k
i1
、k
i2
、k
i3
为校正装置的可调参数，s为复变量。
[0069]
根据次同步振荡频段建立直流附加阻尼器模型是指：当次同步振荡频段为无振荡频段时，无需设立直流附加阻尼器模型以提供阻尼；当次同步振荡频段为低振荡频段时，直流附加阻尼器模型中只设置1个同步振荡抑制通道；当次同步振荡频段为中振荡频段时，直流附加阻尼器模型中设置2个同步振荡抑制通道；当次同步振荡频段为高振荡频段时，直流
附加阻尼器模型中设置3个同步振荡抑制通道。
[0070]
需要说明的是，在实际使用时，根据系统中产生的次同步振荡的频段，来选择相应的直流附加阻尼器提供相应的阻尼来抑制次同步振荡的频段。
[0071]
通过带通滤波设计，让不同振荡频段的控制阻尼增加的更有针对性，并且不干扰电功率分支的调节作用。本发明控制方法与传统采用无源振荡抑制控制方法相比，可以在5～50hz之间都提供优良的阻尼效果，具有优良的全频域功率振荡抑制能力。
[0072]
基于群体智能优化算法进行优化求解包括如下步骤：
[0073]
(1)建立基于次同步振荡阻尼系数的目标函数表达式：
[0074][0075]
式中，n
x
为接入电网的负载设备在不同组合形式下的数量，ζ0为期望最小阻尼系数，ζ
x
为第x种组合形式下的次同步振荡阻尼系数；
[0076]
(2)初始化光强吸收系数α，步长因子β，最大吸引度γ0，最大迭代次数p；
[0077]
(3)根据负载设备在不同组合形式下的数量确定群体个数m，随机产生m个函数解x0，x1，
…
，xm，并根据函数解计算对应的适应度值fit(x)；
[0078]
(4)根据最大适应度值计算群体的吸引度和相对亮度，根据所述吸引度和相对亮度更新群体，即更新函数解，其中，更新函数解的方法为存储开始时刻的函数解和开始时刻的函数解的函数值，并将t时刻获得的函数解和函数值与已存储的函数解和函数值进行比较，择优保存，迭代结束后，存储的函数解即为所述最优解；
[0079]
(5)若达到最大迭代次数，则获得最优解；否则，则选择小概率的群体进行更新，重新计算最优解；
[0080]
其中，所述适应度值fit(x)为：
[0081][0082]
并且，所述群体的吸引度γ为：
[0083][0084]
所述群体的相对亮度为δ：
[0085][0086]
根据下式更新群体x：
[0087]
x＝x0 γ(x
m-x0) βη
[0088]
其中，δ0为所述最大适应度值，d
bc
为群体b和群体c间的距离；η为服从高斯分布生成的搜索数，其取值范围为(0，1)。
[0089]
在上述步骤(1)中，第x个振荡模态的阻尼比为：
[0090][0091]
式中，σ
x
为第x个振荡模态的阻尼，ω
x
为第x个振荡模态的振荡频率。
[0092]
s4、通过直流附加阻尼器分别为不同频段的次同步振荡提供合适的阻尼。
[0093]
综上所述，本发明将港口供电系统中的多种负载设备进行组合，并对不同组合形
式下的振荡频段进行划分，基于群体智能优化算法对直流附加阻尼器模型的控制参数进行优化，实现对电力系统振荡的抑制，提高负载设备接入电网时电力系统的稳定性
[0094]
实施例2
[0095]
参照图5和图6，为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例采用数字仿真的方式将某港口的负载设备分别组合并接入电网，通过对比采用传统无源振荡抑制控制的方法和本发明方法进行对比，如表1所示，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
[0096]
表1 采用传统无源振荡抑制控制的方法和本发明方法对比表
[0097][0098]
表1中，响应时间是指在发生次同步振荡后，抑制装置开始抑制次同步振荡的时间。
[0099]
参照图5和图6，图5为中次同步振荡频段测试曲线，图6为在高次同步振荡频段测试曲线，依次采用传统无源振荡抑制和本发明直流附加阻尼器模型测得的线路有功功率示意图，可以从图中明显得出采用本发明所述直流附加阻尼器模型进行抑制次同步振荡，不仅响应时间更短，而且抑制效果更好更为平稳。
[0100]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。