基于组件树模型和双向迭代技术的暂态稳定仿真方法研究

论文摘要

随着我国超大规模互联电网的逐步形成，在电力系统在线动态安全分析中采用超实时仿真技术的需求越来越迫切。本文提出一种新型快速的电力系统暂态稳定仿真方法——基于组件树模型和双向迭代技术的电力系统暂态稳定仿真方法。该方法的研究内容主要包括电力网络分区、仿真数学模型的结构化描述、变量修正量的计算技术、整体算法流程、提高计算效率的措施、并行实现方案等等。本文取得的主要成果如下： 应用实际电网的地理区域特性和“围线表”分区思想，提出了一套比较完整的网络划分方法来实现大规模实际电网的树形网络划分。提出一种组件化和结构化的描述方法来表示数值仿真中使用的电力系统模型。采用电力系统组件树来描述整个电力系统仿真对象，电力系统组件树考虑了电力网络的分区结果，体现出各种元件的分散性特点，简明宏观地描述了电力系统的组成结构。提出一种基于电力系统组件树的结构化描述方法来表示各种电力系统组件的数学模型，并介绍了其实现步骤。这种描述方法具有结构化、标准化的特点。 提出一种基于组件树模型的双向迭代技术，用于在基于隐式梯形法和牛顿法的联立求解算法中计算变量的修正量。每个电力系统组件变量的修正量都通过“前向简化”和“后向回代”来完成。介绍了基于组件树模型和双向迭代技术的暂稳仿真算法(双向迭代仿真算法)的实现流程，研究了该算法串行计算实施中的计算优化措施和并行仿真的实现方案构想。算例研究中，将该算法的计算结果与电力系统商业仿真软件BPA的计算结果进行比较，验证了该算法计算结果的准确性。 本文提出的电力系统暂态稳定仿真新方法，除保持了联立求解法不产生交割误差、迭代次数少的特点外，还具有计算效率高、扩展性强、适于并行计算的突出优势，为电力系统在线安全分析提供了强有力的新工具。 此外，本文还对低频振荡的分析和控制进行了一些研究。提出了母线处“振荡能量函数”的概念，进而提出了一种运用柔性交流输电系统(FACTS)装置抑制低频振荡的控制思想——“振荡能量下降法”。基于振荡能量下降法，本文采用模糊逻辑技术，提出了一种附加在FACTS上的自适应阻尼控制器。该阻尼控制器采用模糊逻辑单元来调节输出信号的幅度，具有比现有同类型控制器更好的阻尼控制效果。其设计过程不需要整体电力系统的结构和参数。以上工作为低频振荡的研究提供了新的分析工具和控制手段。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 电力系统暂态稳定仿真概述
• 1.3.1 电力系统暂态稳定数值仿真的基本方法
• 1.3.2 提高暂态稳定时域仿真效率的方法
• 1.3.3 并行处理在暂态稳定仿真中的应用
• 1.3.4 电力系统暂稳数字仿真方法中需要解决的问题
• 1.4 本文的主要工作
• 1.4.1 本文的创新点
• 1.4.2 论文的组织结构
• 第二章 前期工作──大型电网的树形网络分区
• 2.1 本文仿真方法对电网分区的要求
• 2.1.1 树形网络分区的基本目标
• 2.1.2 相关理论背景
• 2.1.3 树形节点分裂法
• 2.2 电力网络分区方法概述
• 2.3 基于电力系统分层分区特性的网络树形划分策略
• 2.3.1 对分区问题和网络特性的分析
• 2.3.2 网络树形划分的具体实现方法
• 2.3.3 分区的计算复杂度分析
• 2.4 网络树形划分实例
• 2.5 本章小节
• 第三章 电力系统数学模型的组件化与结构化描述
• 3.1 引言
• 3.2 电力系统组件树
• 3.2.1 电力系统的组成特点
• 3.2.2 电力系统组件
• 3.2.3 电力系统组件树的构建
• 3.3 各种电力系统组件模型的结构化描述
• 3.3.1 问题的提出
• 3.3.2 结构化描述的思路
• 3.3.3 基于组件树的电力系统结构化数学模型
• 3.4 本章小节
• 第四章 电力系统暂稳计算的双向迭代算法
• 4.1 双向迭代计算技术
• 4.1.1 电力系统组件的变量修正量标准表达式
• 4.1.2 双向牛顿迭代流程
• 4.1.3 各类组件的双向迭代过程
• 4.2 暂稳计算的双向迭代仿真算法
• 4.2.1 双向迭代仿真算法程序流程
• 4.2.2 双向迭代仿真算法与常规联立求解法及交替求解法的比较
• 4.3 双向迭代仿真算法实施中的计算优化措施
• 4.3.1 问题提出
• 4.3.2 问题分析
• 4.3.3 解决措施
• 4.4 本章小节
• 第五章 双向迭代算法的仿真验证、应用算例和并行实现构想
• 5.1 双向迭代仿真算法的仿真验证
• 5.1.1 算法准确性校核
• 5.1.2 算法的性能测试
• 5.1.3 分区对仿真计算效率的影响
• 5.2 双向迭代算法在预防控制中的应用算例
• 5.3 双向迭代仿真算法的并行实现构想
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 双向迭代仿真计算的并行性分析
• 5.3.3 双向迭代仿真并行处理方案构想
• 5.4 本章小节
• 第六章 基于振荡能量下降原理的FACTS附加阻尼控制器设计
• 6.1 研究背景
• 6.1.1 引言
• 6.1.2 电力系统低频振荡的主要分析方法
• 6.1.3 电力系统抑制低频振荡的主要措施
• 6.1.4 电力系统附加阻尼控制器的主要设计方法
• 6.2 基于振荡能量下降的阻尼控制策略
• 6.2.1 与控制设备装设处功率振荡相关的能量函数
• 6.2.2 基于振荡能量下降的控制思想
• 6.2.3 振荡能量函数和振荡能量下降法的特点
• 6.3 自适应变增益的 FACTS附加阻尼控制器设计
• 6.3.1 使用 FACTS实现阻尼控制的功率调制策略
• 6.3.2 变增益附加阻尼控制器的通用结构
• 6.4 数值仿真验证
• 6.4.1 暂稳研究中 SVC及其控制器的仿真实现
• 6.4.2 测试计算条件
• 6.4.3 测试结果
• 6.4.4 结果分析和讨论
• 6.5 本章小结
• 第七章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录 A 电力系统数学模型
• 附录 B 电力系统组件独立数学模型的建立步骤示例
• 致谢