基于WAMS的电力系统稳定预测控制研究

论文摘要

随着广域测量系统(WAMS)的发展和大型互联电力系统规模的不断扩大,如何有效的进行广域稳定控制成为电力系统的迫切需求。在对模型预测控制的背景和发展分析总结的基础上,本文将预测控制结合电力系统实际提出了一种新的控制方式——广域预测控制,希望将其用于实现对电力系统大电网的广域稳定控制。本文首先选取了预测控制中应用最为广泛的广义预测控制(GPC)进行研究。广义预测控制(GPC)是20世纪80年代中期英国学者Clarke等人提出的一种基于被控对象参数模型且带有自适应机制的预测控制算法,它对模型精度要求低,鲁棒性好,综合控制质量较高,可以用来对复杂的多变量、强约束、综合时延、时变非线性系统进行有效的控制。通过与传统PID控制的仿真对比,得出了广义预测控制对简单系统的变时延和变结构具有良好适应性的特点。然后,针对GPC需要已知系统时延和阶次的缺点,又分析研究了具有较强鲁棒性的Laguerre函数。该函数模型参数中包含了系统时延和阶次的信息,实现自适应控制方案时不必事先知道系统的时延和阶次。仿真结果表明Laguerre函数对简单系统的变时延具有更为良好的适应性和鲁棒性。最后本文将广义预测控制应用到电力系统中进行了初步探讨。首先设计了一种基于GPC控制策略的TCSC控制器,并在含TCSC的单机无穷大系统下进行了仿真验证。同时,将GPC进一步应用到多机电力系统中,设计了采用广域测量信号作为输入的基于GPC控制的电力系统稳定控制器,并在四机两区系统中进行仿真验证。与基于传统控制方式的广域PSS的对比仿真取得了满意的效果,为研究预测控制在电力系统中的应用奠定了基础,为后续工作的开展给予了重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 预测控制的背景和发展
• 1.2.1 预测控制产生的历史背景
• 1.2.2 预测控制的发展历程和研究现状
• 1.2.3 预测控制的发展趋势
• 1.3 预测控制在电力系统中的应用
• 1.4 本文所做工作及章节安排
• 2 广域测量系统与预测控制
• 2.1 引言
• 2.2 WAMS 的基本原理和结构
• 2.2.1 同步相量测量技术
• 2.2.2 广域测量系统WAMS
• 2.3 WAMS 信息的时延对控制的影响分析
• 2.4 基于WAMS 的广域预测控制
• 2.5 本章小结
• 3 广义预测控制的原理与仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 模型预测控制的基本原理
• 3.3 广义预测控制的算法
• 3.5 仿真研究
• 3.5.1 变结构模型仿真
• 3.5.2 变时延模型仿真
• 3.6 本章小结
• 4 基于 Laguerre 函数模型的预测控制研究
• 4.1 引言
• 4.2 Laguerre 函数介绍
• 4.2.1 完全正交函数集
• 4.2.2 Laguerre 函数
• 4.3 线性时不变系统的 Laguerre 函数模型表示
• 4.3.1 线性时不变离散动态系统的Laguerre 函数近似模型
• 4.3.2 Laguerre 函数近似模型的特点
• 4.4 基于 Laguerre 函数模型的增量型自适应预测控制
• 4.4.1 多步预测、多步控制算法
• 4.4.2 最优控制律的计算
• 4.4.3 仿真验证
• 4.5 与PID 仿真对比研究
• 4.5.1 变结构模型仿真
• 4.5.2 变时延模型仿真
• 4.6 本章小结
• 5 GPC 在电力系统控制中的应用研究
• 5.1 基于自适应GPC 的TCSC 控制器仿真研究
• 5.1.1 含TCSC 装置的单机无穷大系统模型
• 5.1.2 TCSC 的自适应GPC 控制器设计
• 5.1.3 仿真结果及分析
• 5.2 基于自适应GPC 的广域PSS 仿真研究
• 5.2.1 四机两区系统介绍
• 5.2.2 常规广域PSS 介绍
• 5.2.3 自适应GPC 的广域PSS 设计
• 5.2.4 仿真结果及分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间参与的项目