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电力系统阻尼控制器参数优化设计研究

作　者: 周保荣
导　师: 房大中
学　校: 天津大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: PSS FACTS阻尼控制器牛顿法轨迹灵敏度模拟退火算法
分类号: TM571.6
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

我国三峡电站的发电运行及各个大区域电网的逐步互联标志着全国性电网的初步形成。由于区域电网之间的弱联络削弱了系统的阻尼,在全国性电网运行的初期,低频振荡是制约区域电网间功率交换的主要问题之一。目前,电力系统主要采用电力系统稳定器(PSS)和FACTS阻尼控制器来抑制低频振荡,提高系统小扰动稳定性。多机电力系统中PSS和FACTS阻尼控制器协调设计是非常复杂的问题,需要更为深入的研究。本文主要对PSS和FACTS阻尼控制器的参数设计方法进行研究,并取得如下成果: 一、提出双向模块简化技术来求解轨迹系统和轨迹灵敏度系统方程。双向模块简化技术包括正向简化和反向回代两个过程,以系统模块分解概念为基础,对牛顿法迭代过程中的线性增量方程作初等线性变换,将发电机方程与电力网络方程交替求解,从而较易考虑新增模型的加入和系统各种参数的轨迹灵敏度计算。双向模块简化技术体现了电力系统内在的模块性,使牛顿算法保持数值稳定、收敛速度快、没有交割误差等优点的同时具有物理概念明确、模块清晰、易扩展、易编程等特点。二、提出一种将轨迹灵敏度分析和时域仿真相结合来设计PSS的方法。该方法利用时域仿真方法考虑系统非线性性质,采用优化方法协调PSS参数变化对系统特征值实部和交互系数的影响。该方法的优点之一是所设计的PSS不仅可提高系统小扰动稳定性,而且可有效阻尼大扰动后的系统振荡。三、采用单纯形-模拟退火算法优化设计电力系统阻尼控制器。该方法将阻尼控制器参数协调问题归结为带不等式约束的优化问题,通过一个新颖的非线性变换将有约束问题转化为无约束问题,然后采用单纯形-模拟退火算法求解优化问题,寻求阻尼控制器优化参数。单纯形-模拟退火算法将单纯形法搜寻机理嵌入到模拟退火算法的基本思想,综合了模拟退火算法全局搜索能力强、单纯形算法局部收敛速度快的优点,是对常规模拟退火算法的一个改进。

全文目录

第一章绪论  9-29
  1.1 电力系统阻尼控制器的研究背景  9-12
    1.1.1 电力系统稳定性的定义和分类  9-10
    1.1.2 电力系统小扰动稳定性的研究现状  10-11
    1.1.3 电力系统阻尼控制器的分类  11-12
  1.2 电力系统低频振荡的产生机理和阻尼控制器的阻尼原理  12-21
    1.2.1 采用阻尼转矩法分析单机无穷大系统的低频振荡现象  12-19
    1.2.2 应用等面积法则解释电力系统阻尼控制器的阻尼机制  19-21
  1.3 电力系统阻尼控制器研究方法综述  21-28
    1.3.1 PSS 参数设计问题综述  21-26
    1.3.2 PSS 选址问题综述  26
    1.3.3 PSS 鲁棒性问题综述  26
    1.3.4 与PSS 设计相关的新技术研究动向综述  26-28
  1.4 本文的主要工作和成果  28
  1.5 本文内容的组织  28-29
第二章应用双向模块简化技术求解轨迹及轨迹灵敏度系统  29-62
  2.1 引言  29-31
  2.2 电力系统的数学模型  31-40
    2.2.1 轨迹系统的数学模型  31-32
    2.2.2 轨迹灵敏度系统的数学模型  32-33
    2.2.3 系统中主要元件的轨迹及轨迹灵敏度模型  33-40
  2.3 电力系统数值仿真的基本方法  40-45
    2.3.1 隐式梯形积分方法  40-42
    2.3.2 牛顿法的基本概念  42-44
    2.3.3 联合求解轨迹及轨迹灵敏度系统的基本原理  44-45
  2.4 双向模块仿真算法  45-54
    2.4.1 电力系统元件的牛顿法迭代格式和轨迹灵敏度差分方程  45-49
    2.4.2 常规牛顿法  49-50
    2.4.3 采用双向模块简化技术的牛顿法  50-54
  2.5 程序流程图和仿真结果  54-61
    2.5.1 程序流程图  54-58
    2.5.2 算例  58-61
  2.6 小结  61-62
第三章应用轨迹灵敏度分析设计电力系统稳定器  62-80
  3.1 引言  62-63
  3.2 应用正则形理论分析PSS 的性能  63-67
    3.2.1 常规小扰动稳定性分析方法  63-64
    3.2.2 正则形理论分析  64-67
  3.3 应用轨迹灵敏度分析设计PSS 的数学模型  67-71
  3.4 优化方法  71-75
    3.4.1 共轭梯度优化算法原理  71-74
    3.4.2 优化算法实现  74-75
  3.5 算例分析  75-79
    3.5.1 新英格兰典型系统  75-77
    3.5.2 四机双区域典型系统  77-79
  3.6 小结  79-80
第四章应用单纯形-模拟退火算法优化电力系统阻尼控制器参数  80-110
  4.1 引言  80-81
  4.2 FACTS 及FACTS 阻尼控制器的基本概念  81-85
    4.2.1 FACTS 元件的定义及分类  82
    4.2.2 FACTS 元件的基本原理  82-84
    4.2.3 FACTS 阻尼控制器的基本概念  84-85
  4.3 电力系统小扰动分析中各元件的数学模型  85-89
    4.3.1 机网接口坐标变换方程  85-86
    4.3.2 同步发电机方程  86
    4.3.3 励磁系统方程  86
    4.3.4 电力系统稳定器方程  86-87
    4.3.5 SVC 电压控制和阻尼控制回路方程  87
    4.3.6 负荷方程  87-88
    4.3.7 网络方程  88-89
  4.4 电力系统小干扰稳定分析的微分代数方程  89-91
    4.4.1 矩阵形式的发电机方程  89-90
    4.4.2 矩阵形式的SVC 方程  90
    4.4.3 矩阵形式的负荷方程  90
    4.4.4 全系统的状态方程  90-91
  4.5 电力系统阻尼控制器设计模型  91-94
  4.6 单纯形-模拟退火算法  94-102
    4.6.1 单纯形算法  94-96
    4.6.2 模拟退火算法  96-99
    4.6.3 单纯形-模拟退火算法  99-102
  4.7 算例分析  102-109
    4.7.1 新英格兰典型系统中的PSS 协调设计  102-107
    4.7.2 四机双区域系统PSS 和SVC 阻尼控制器协调设计  107-109
  4.8 小结  109-110
第五章总结全文  110-112
参考文献  112-120
附录  120-124
攻读博士期间发表论文和参加科研情况说明  124-125
致谢  125

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