水电机组对电力系统低频振荡影响机理及其优化控制研究

The operation state of hydropower unit directly influences the low frequency oscillation mode of the electrical power system. According to the research of low frequency oscillation characteristics under the influence of the hydropower generator unit, the low frequency oscillation mechanism and optimization control methods can be explored in a new way. This project proposes a novel method based on Hamiltonian function to describe the hydropower unit under multi-field couplings. And the project proposes a kind of online identification methods. The hydropower unit mode is identified online with measurement data which are suitable for power system modeling. Efficient online identification methods of low frequency oscillation under complex observation data are also researched. Fuzzy mapping is also being studied to describe the connection of hydropower unit parameters and low frequency oscillation mode to implementation the optimal control of low frequency oscillation of hydropower unit. This project will improve the stability of the electrical power system by using the hydropower unit to suppress the low-frequency oscillation.

水电机组的运行状态对电力系统低频振荡模式有着直接的影响，研究电力系统在水电机组影响下的低频振荡特性，可为揭示低频振荡产生机理、提出优化控制策略提供新的途径。水电机组是一个复杂时变非线性系统，其对电力系统低频振荡影响机理及其优化控制面临的关键科学问题是：具有精细化水电机组模型的电力系统动态模型描述、复杂观测数据下低频振荡模式高效辨识及水电机组对电力系统低频振荡的优化控制。为此，本项目提出一种基于广义哈密顿框架下的水电机组精细化建模方法；研究提出复杂观测数据下低频振荡在线辨识体系，实现低频振荡的快速准确识别；提出一种基于高阶灵敏度矩阵的分析方法，研究水电机组参数对低频振荡影响的灵敏度，进而构建水电机组运行参数与低频振荡模式之间的模糊映射关系，为抑制低频振荡优化控制提供了一定的依据，对提高水电机组及电力系统稳定性具有重要意义。

随着电力系统规模的不断增大，低频振荡时有发生，完善水电机组对电力系统低频振荡影响机理，提出水电机组抑制低频振荡的优化控制策略可为电力系统安全稳定运行提供重要的支撑作用。在此背景下，本项目从水电机组精细化模型建模、低频振荡高效辨识方法以及考虑低频振荡抑制的水电机组优化控制策略方面开展研究。.针对水电机组部分运行机理尚不明确的问题，采用基于数据驱动的模型辨识方法来辨识水电机组模型，提出了一种基于稀疏-鲁棒-最小二乘支持向量机的模型辨识方法，通过引入极大线性无关组降低了模型的复杂度，增强了模型的抗噪性，实验数据表明该方法能够准确的辨识水电机组模型。由于低频振荡分析方法容易受到噪声干扰，提出了一种改进的Prony算法用于电力系统低频振荡主导模式在线辨识，通过引入奇异值分解-差分微分算法来有效的估算Prony模型的阶次，同时通过内点法来对辨识得到的振荡参数进行优化计算来消除噪声带来的影响，实例研究表明，该方法在实测PMU数据中有较好的表现，能够准确辨识出主导振荡模态。为了能够使水电机组在优化控制时考虑低频振荡的抑制问题，构建了包含多工况、低频振荡参数在内的多目标函数，采用多目标优化算法，对水电机组调速系统进行优化控制，在保证水电机组过渡过程满足要求的同时提高了低频振荡的抑制能力。.项目研究成果对水电机组对电力系统低频振荡影响机理及其优化控制提供了一定的研究基础与研究思路。