电力系统广域阻尼控制研究

论文摘要

随着我国互联大电网工程与“西电东输”战略的进一步实施,我国将形成全国性的交直流混合电网。电力系统低频振荡问题已成为影响我国互联电网安全稳定和限制互联电网区间功率传输能力的重要因素之一。传统的电力系统稳定器只采用本机的反馈信号,虽然对本地振荡模式有较好的阻尼作用,但对区域间振荡模式的抑制效果还有待改进。近年来发展起来的广域测量系统（WAMS）能够提供同一参考时间框架下的电网的多种信息。这些信息包括发电机转子速度、母线电压相量和线路的传输功率等广域测量信号。这些广域测量信号可以用于广域阻尼控制中,以便抑制低频振荡。WAMS在信息传输和处理过程中会产生时滞,该时滞将影响广域阻尼控制的性能。因此,在电力系统广域阻尼控制器（WADC）设计中,应采取措施减小时滞的不利影响。本文研究WADC的设计。文中首先综述了电力系统低频振荡及阻尼控制的研究现状,然后介绍了多机电力系统的数学模型,最后提出了WADC的设计方法。远方发电机的转速作为广域测量信号加到WADC的输入端,WADC的输出端连接到PSS的输入端,用于控制发电机励磁。广域测量信号的时滞用超前-滞后环节进行补偿。如果时滞较小,则用超前补偿。如果时滞较大,则用滞后补偿。本文提出的这种补偿方法解决了大时滞补偿问题。WADC的增益和超前-滞后环节的时间常数用优化算法确定。参数优化过程中采用时间加权误差平方的积分（ITSE）作为性能指标。、性能指标通过解多机电力系统非线性微分-代数方程求得。本文介绍了用粒子群优化（PSO）算法确定WADC参数的方法,提出了利用迁徙过程增强PSO算法摆脱局部最优的能力。求解复杂的多峰函数优化问题证明了改进型PSO算法的有效性。本文还研究了用细菌群体趋药性（BCC）优化WADC参数的方法,并且比较了PSO和BCC两种优化算法优化WADC参数的特点。4机2区域电力系统被用于测试所设计的WADC。大扰动仿真结果表明,本文所设计的WADC在运行点大范围变化的情况下可以抑制互联电网中出现的低频振荡,有效改善电力系统稳定性。并且在广域测量信号具有不同时滞的情况下,所设计的WADC也能有效增强电力系统阻尼。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电力系统稳定与控制
• 1.2 低频振荡产生机理及控制策略
• 1.3 低频振荡机理的研究现状
• 1.4 电力系统稳定分析方法
• 1.5 电力系统控制的研究现状
• 1.5.1 一次系统方面的措施
• 1.5.2 二次系统方面的措施
• 1.5.3 控制理论在电力系统控制中的应用
• 1.6 广域测量系统简介
• 1.6.1 WAMS简介
• 1.6.2 广域测量系统及其时滞特性
• 1.7 本文的主要工作
• 第2章 多机电力系统数学模型
• 2.1 同步发电机7阶非线性状态方程
• 2.1.1 Park变换和磁链方程
• 2.1.2 电压方程
• 2.1.3 用标幺值表示的电压方程
• 2.1.4 摇摆方程和发电机7阶状态方程
• 2.2 同步发电机双轴模型
• 2.3 PSS网络的数学模型
• 2.4 多机电力系统数学模型
• 第3章 粒子群优化算法
• 3.1 粒子群优化算法的基本思想
• 3.2 粒子群优化算法模型
• 3.3 粒子群优化算法存在的问题
• 3.4 粒子群优化研究现状
• 3.5 引入迁徙思想的粒子群算法
• 3.6 改进型PSO算法函数测试
• 3.7 PSO算法在电力系统研究中的运用
• 第4章 基于PSO的广域阻尼控制器设计
• 4.1 基于广域信号的阻尼控制
• 4.1.1 广域阻尼控制器设计
• 4.1.2 时滞稳定性分析和考虑时滞的广域阻尼控制器设计
• 4.2 广域阻尼控制器的设计
• 4.2.1 广域阻尼控制器设计
• 4.2.2 超前-滞后补偿环节
• 4.2.3 超前-滞后补偿环节参数确定
• 4.3 改进型PSO算法用于确定WADC增益
• 第5章 细菌群体趋药性算法
• 5.1 BC算法概述
• 5.2 细菌群体趋药性算法
• 5.2.1 单个细菌移动描述
• 5.2.2 细菌群体趋药性运动描述
• 5.3 将BCC算法用于函数优化测试
• 5.3.1 Rosonbrock测试函数
• 5.3.2 Ackley测试函数
• 5.4 BCC算法在电力系统研究中的运用
• 第6章 仿真实验
• 6.1 4机2区域测试系统描述
• 6.2 大干扰下WADC稳定性分析
• 6.2.1 广域时滞为0.346s时
• 6.2.2 广域时滞为0.5s时
• 6.2.3 广域时滞为1.0s时
• 6.2.4 广域多时滞时
• 6.2.5 系统运行状况改变时
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文研究工作的总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢