利用可控串联补偿装置提高电力系统输电能力的控制策略研究

论文摘要

近年来,国民经济的不断发展使得我国的电能需求迅猛增长,因此,电能的输送量也随之不断增加。在我国的输电系统中,电能的长距离、大规模输送占据很大比例,系统稳定性不强、功率传输水平不高成为我国输电系统面临的重要问题。因此,提高电力系统输电能力的研究对我国电力系统的发展具有重要意义。可控串联补偿装置(TCSC)是目前研究最为成熟的FACTS装置。它可以根据电力系统的实际情况,灵活调节自身的容抗值,对输电系统的总阻抗进行补偿,从而提高电力系统的运行性能。本文着重研究TCSC在提高电力系统输电能力方面的作用。首先,本文介绍了电力系统输电能力的概念及影响因素,总结了提高输电能力的各种措施及其研究现状,并对TCSC在电力系统中的应用做了简要分析。其次,研究了TCSC的构成、工作原理及运行特性。并在分析电力系统稳定性的基础上,阐述了TCSC提高电力系统输电能力的作用机理。鉴于TCSC的控制策略对其运行性能具有重要作用,本文着重研究了TCSC的控制策略对电力系统运行的影响,并根据控制目的不同,将TCSC的控制系统分为两层:稳定控制和阻抗控制。针对TCSC的阻抗控制,本文首先设计了PID控制器,并通过仿真验证了PID控制对于TCSC定阻抗控制具有良好的控制效果,但对于阶跃命令阻抗控制效果不佳。针对PID控制器的这一缺点,本文利用免疫控制算法对其进行了改进。通过仿真可以发现,改进后的免疫PID控制器对不同命令阻抗的响应能力和跟踪能力得到大幅提高,能够更好的改善电力系统的运行稳定性,提高输电能力。最后,本文采用状态反馈精确线性化方法将电力系统非线性状态方程进行精确线性化,并在此基础上设计了TCSC的非线性最优控制器。仿真结果表明,TCSC的稳定层控制对电力系统的运行稳定性具有重要作用,所设计的TCSC非线性最优控制器,在抑制电力系统功率和功角振荡,提高系统运行稳定性和输电能力方面具有显著效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 提高电力系统输电能力的研究现状
• 1.3 TCSC 在电力系统中的应用现状
• 1.4 本文的主要工作
• 2 TCSC 的工作原理及运行特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 TCSC 的结构与原理
• 2.3 TCSC 的阻抗特性
• 2.4 TCSC 的运行特性研究
• 2.5 小结
• 3 TCSC 提高电力系统输电能力的研究
• 3.1 引言
• 3.2 TCSC 提高输电能力的机理分析
• 3.3 TCSC 的控制策略研究
• 3.4 小结
• 4 TCSC 阻抗控制策略对输电能力的影响分析
• 4.1 引言
• 4.2 常规PID 控制器设计
• 4.3 改进PID 控制器设计
• 4.4 小结
• 5 TCSC 稳定控制策略对输电能力的影响分析
• 5.1 引言
• 5.2 非线性系统的状态反馈精确线性化方法
• 5.3 TCSC 非线性最优控制器设计
• 5.4 算例及仿真分析
• 5.5 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 附录2 求取TCSC 基波阻抗值与触发角关系的matlab 程序
• 附录3 含TCSC 的单机-无穷大系统模型