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电力系统最优分岔控制研究

作　者: 顾伟
导　师: 唐国庆；蒋平
学　校: 东南大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 最优分岔控制小扰动参数稳定域大扰动参数稳定域最优鞍结分岔控制最优Hopf分岔控制单调失稳振荡失稳
分类号: TM76
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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引　用: 8次
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内容摘要

随着电力市场的发展和电网规模的不断增大,如何针对不断增加和快速变化的能源需求,有效的从全局控制角度对系统控制配置进行优化协调已成为一个十分重要但又难以解决的课题。大电网数学模型由一组高阶微分代数方程(DAE)描述,本文结合非线性系统分岔理论,最优化理论以及电力系统时域仿真方法解决电力系统小扰动和大扰动稳定的最优控制问题,对振荡失稳和单调失稳两种失稳形式提出了不同的控制方案。主要研究内容如下:(1)电力系统模型及分析方法的研究。给出了发电机、AVR、PSS、负荷以及所用FACTS装置的动、静态模型,介绍了电力系统中可能发生的各种静态分岔和动态分岔与它们带来的稳定问题。比较了基于潮流的分析结果和准静态分析结果的差别,提出了采用“分岔分析(Bifurcation Analysis) +时域仿真(Time Domain Simulation)- BA + TDS”的电力系统稳定分析的系统化方法。(2)基于多参数分岔分析的控制参数分类。以AVR和SVC为例,研究了这两个装置的各种控制参数对系统各种分岔以及失稳形式的影响。提出了控制参数分类的思想,把系统中的控制参数分为鞍结分岔控制参数和Hopf分岔控制参数,提供了对不同失稳形式进行控制时的可控参数选择方案。(3)比较了计算分岔点的三种方法:连续法、直接法和最优化方法,讨论了三种方法的适用范畴,比较了它们在求解效率、解质量等方面的差异;拓展了最优化方法计算分岔点的范围,对于重负荷电力系统或故障后系统运行点可能超出分岔边界的情况,可以准确求得此时的分岔指标。(4)对小扰动稳定控制的概念和研究现状进行讨论,指出了该问题的研究瓶颈,结合小扰动参数稳定域的概念,把小扰动稳定控制描述为“保证系统不可控分岔参数μ≥μref,在系统小扰动参数稳定域内寻找最优的可控参数组合以保证系统的控制代价最小”这样一个最优分岔控制问题,澄清了描述该类问题时的概念混乱;建立了最优鞍结分岔控制和最优Hopf分岔控制的数学模型,模型包含各种不等约束,从数学上严格保证了电力系统安全性和经济性的最优控制;(5)研究了大扰动参数稳定域ΩLDSR和相应故障后小扰动稳定域ΩSSSR的关系,然后提出了几个合理的假设,据此假设提出了通过收缩相应故障后小扰动参数稳定域ΩSSSR来近似等效ΩLDSR的方法。最后,结合上述收缩ΩSSSR的方法,提出了基于最优分岔控制策略的电力系统大扰动稳定控制方案。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-18
  1.1 课题研究的目的和意义  10
  1.2 电力系统发展现状  10-12
    1.2.1 电力系统规模化  10-11
    1.2.2 电力市场化运行  11
    1.2.3 电力新技术的应用  11-12
  1.3 稳定控制课题的研究现状  12-16
    1.3.1 功角稳定性  12-13
    1.3.2 电压稳定性  13-15
    1.3.3 单调失稳和振荡失稳  15
    1.3.4 稳定域和可行域  15-16
    1.3.5 分岔控制  16
  1.4 本文的主要工作  16-18
第二章电力系统模型和系统化分析方法  18-33
  2.1 电力系统元件的数学模型  18-24
    2.1.1 发电机模型  18-19
    2.1.2 励磁系统模型  19
    2.1.3 电力系统稳定器（PSS）模型  19
    2.1.4 负荷模型  19-20
    2.1.5 FACTS 器件模型  20-24
    2.1.6 网络方程  24
  2.2 非线性系统理论基础  24-28
    2.2.1 全系统模型  24-28
    2.2.2 分岔理论介绍  28
  2.3 稳定分析的系统化方法  28-32
    2.3.1 连续潮流  29
    2.3.2 准静态分析法  29
    2.3.3 分析结果比较  29-31
    2.3.4 系统化稳定分析与控制  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章基于多参数分岔分析的控制参数分类  33-54
  3.1 多参数分岔分析方法综述  33
  3.2 一个典型的示例系统分析  33-43
    3.2.1 单参数分岔分析  35-38
    3.2.2 解析分析  38-40
    3.2.3 多参数分岔分析  40-43
    3.2.4 结论  43
  3.3 多机系统控制参数对分岔的影响  43-51
    3.3.1 励磁参考电压  43-45
    3.3.2 励磁极限  45-47
    3.3.3 励磁增益  47-49
    3.3.4 SVC 参考电压  49
    3.3.5 SVC 补偿极限  49-51
    3.3.6 SVC 控制器增益  51
  3.4 控制参数分类  51-53
    3.4.1 鞍结分岔控制参数  52
    3.4.2 Hopf 分岔控制参数  52-53
  3.5 本章小结  53-54
第四章鞍结分岔和 Hopf 分岔的跟踪方法  54-73
  4.1 求取分岔点的三种方法  54-55
  4.2 直接法求取鞍结分岔和Hopf 分岔点  55-57
    4.2.1 直接法求取鞍结分岔点  56
    4.2.2 直接法求取Hopf 分岔点  56-57
  4.3 最优化方法求取鞍结分岔和Hopf 分岔点  57-60
    4.3.1 最优化方法求取鞍结分岔点  58-59
    4.3.2 最优化方法求取Hopf 分岔点  59-60
  4.4 最优化方法求取分岔点的拓展  60-62
  4.5 小扰动线性化模型  62-65
  4.6 优化问题的求解方法  65-69
    4.6.1 序列二次规划法  66-69
  4.7 算例分析  69-72
  4.8 本章小结  72-73
第五章小扰动稳定的最优分岔控制策略  73-86
  5.1 电力系统稳定控制  73-74
  5.2 最优分岔控制概念的提出  74-77
    5.2.1 小扰动稳定控制  74
    5.2.2 小扰动参数稳定域和分岔控制  74-75
    5.2.3 最优分岔控制  75-77
  5.3 最优鞍结分岔控制  77-78
  5.4 最优Hopf 分岔控制  78-80
  5.5 最优分岔控制问题的求解方法  80
  5.6 算例分析  80-84
    5.6.1 小扰动最优鞍结分岔控制  80-81
    5.6.2 小扰动最优Hopf 分岔控制  81-84
  5.7 本章小结  84-86
第六章大扰动稳定的最优分岔控制策略  86-106
  6.1 大扰动稳定控制综述  86-87
    6.1.1 大扰动稳定控制研究现状  86-87
  6.2 大扰动参数稳定域  87-91
    6.2.1 两类参数稳定域的关系  87-90
    6.2.2 大扰动参数稳定域的近似求取方法  90-91
  6.3 大扰动稳定的最优分岔控制  91-94
    6.3.1 大扰动最优分岔控制的模型  91-92
    6.3.1 大扰动最优分岔控制的实现  92-94
  6.4 算例分析  94-105
    6.4.1 大扰动最优Hopf 分岔控制算例  94-97
    6.4.2 大扰动最优鞍结分岔控制算例  97-105
  6.5 本章小结  105-106
第七章结论与展望  106-110
  7.1 结论  106-108
  7.2 展望  108-110
参考文献  110-119
附录A 示例系统数据  119-128
附录B 三阶感应电动机模型  128-129
附录C 术语表  129-131
作者在攻读博士学位期间完成的学术论文  131

电力系统最优分岔控制研究

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