基于优化过程的电力系统时滞稳定裕度曲线追踪方法研究

论文摘要

随着互联电力系统运行情况的日趋复杂,充分利用广域量测系统（WAMS）所能提供的远方量测信息,进行系统协同控制,无疑是电力系统稳定性控制未来的发展方向。而广域量测信息中存在明显的延时,会对系统稳定性分析和控制器设计产生明显影响,需要加以深入考虑。时滞对电力系统稳定性的影响是多方面的,而小扰动稳定性是电力系统正常运行时必须满足的先决条件,因此研究时滞对电力系统小扰动稳定性的影响意义深远。本文重点研究电力系统时滞稳定裕度（Delay Margin）的快速求解方法,主要工作如下:1、给出了实用时滞稳定裕度的定义:含时滞环节的电力系统在微小扰动后能稳定运行所能承受的最大时滞,称为系统的时滞稳定裕度。考虑到实际运行需要,电力系统在经受小扰动后,能稳定运行的前提实际是其全部特征值的实部小于给定值且每个特征值对应的阻尼因子大于给定常数,在本文研究中,满足上述两个条件时系统所能承受的最大时滞被定义为系统的实用时滞稳定裕度（PDM, Practical Delay Margin）。在时滞参数空间中,PDM曲线对应着系统小扰动稳定运行区域的边界。2、本文给出了一种基于优化过程的PDM曲线追踪方法,首先通过将PDM所满足的条件转换为一组优化问题的约束,然后从PDM曲线上任何一点出发,通过交替调用预测和校正过程,实现对整个PDM曲线的准确追踪。该方法可用于对时滞电力系统稳定域边界拓扑学性质进行研究,与已有方法相比,本文方法具有更高的计算效率。3、以WSCC-3机9节点系统为例,对含双时滞情况下系统的实用时滞稳定裕度曲线进行了求解,验证了所给方法的有效性。进一步,利用本文方法研究了电力系统时滞稳定裕度的影响因素,讨论了包括发电机励磁反馈系数KA,发电机阻尼系数D,系统有功负荷P,以及发电机有功出力Pm在内的数个因素对实用时滞稳定裕度的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 电力系统时滞现象及时滞稳定裕度研究
• 1.3 本文研究基础
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 电力系统实用时滞稳定裕度
• 2.1 电力系统小扰动稳定和小扰动稳定域
• 2.1.1 电力系统小扰动稳定基本概念
• 2.1.2 电力系统小扰动稳定数学模型和小扰动稳定域
• 2.2 电力系统时滞稳定裕度
• 2.2.1 电力系统时滞数学模型
• 2.2.2 电力系统时滞稳定裕度
• 2.2.3 电力系统实用时滞稳定裕度
• 2.3 求解电力系统时滞稳定裕度的方法
• 2.3.1 Rekasius 变换法
• 2.3.2 复矩阵变换法
• 2.4 小结
• 第三章 电力系统实用时滞稳定裕度曲线的追踪方法
• 3.1 优化问题
• 3.1.1 优化问题的数学模型
• 3.1.2 优化问题类型
• 3.1.3 优化问题的解
• 3.1.4 优化问题的一般算法
• 3.2 时滞稳定裕度求解的优化模型
• 3.2.1 求解PDM1 的优化模型
• 3.2.2 求解PDM2 的优化模型
• 3.3 实用时滞稳定裕度曲线追踪方法
• 3.3.1 初始点的确定
• 3.3.2 曲线追踪算法
• 3.3.3 算法说明
• 第四章 实际算例及结果验证
• 4.1 算例系统
• 4.1.1 WSCC-3 机9 节点系统模型
• 4.1.2 WSCC-3 机9 节点系统时滞模型
• 4.2 实用时滞稳定裕度曲线计算结果
• 4.2.1 PDM1 曲线计算结果及分析
• 4.2.2 PDM2 曲线追踪结果及分析
• 4.3 PDM1 和PDM2 曲线交叉现象及原因分析
• 4.4 小结
• 第五章 电力系统实用时滞稳定裕度影响因素研究
• 5.1 负荷水平对电力系统实用时滞稳定裕度的影响
• 5.1.1 不同负荷水平下PDM1 追踪结果
• 5.1.2 不同负荷水平下PDM2 追踪结果
• 5.2 发电机励磁反馈系数对实用时滞稳定裕度的影响
• 5.2.1 不同发电机励磁反馈系数下PDM1 追踪结果
• 5.2.2 不同发电机励磁反馈系数下PDM2 追踪结果
• 5.3 发电机阻尼系数对电力系统实用时滞稳定裕度影响
• 5.3.1 不同发电机阻尼系数下PDM1 曲线追踪结果
• 5.3.2 不同发电机阻尼系数下PDM2 曲线追踪结果
• 5.4 发电机有功出力对电力系统实用时滞稳定裕度的影响
• 5.4.1 不同发电机有功出力下PDM1 曲线追踪结果
• 5.4.2 不同发电机有功出力下PDM2 曲线追踪结果
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢