基于数值延拓算法和自适应控制的电力系统电压稳定分析

论文摘要

电力系统正在向大电网、高电压和远距离输电发展,这对合理利用能源、提高经济效益具有重要的意义,但同时也给电力系统的安全运行带来了一些新的问题。随着近年来一系列电压崩溃事故的发生,电压稳定问题已成为热点问题。本文在回顾和归纳现有的电压稳定分析理论的基础上,主要讨论了两方面的问题:一、电力系统微分代数模型的分岔分析方法——数值延拓算法;二、提出一种应用于电力系统微分代数模型的模型参考自适应控制(MRAC)策略,用以改善系统的电压稳定性和载荷能力。介绍了分岔理论中的基本概念,举例说明了电力系统动态特性中通常会发生三种类型的分岔:鞍结分岔,霍普夫分岔,和奇异诱导分岔。论述了确定动态系统分岔值的数值延拓法的具体实现方法和步骤。对比分析了常见分岔分析软件包的优缺点,并以AUTO2000为例对通用分岔分析软件包的功能、使用方法、技术支持和局限性做了详细的介绍,通过实例展示了其部分功能和特点,并结合实际使用,针对AUTO2000的局限性和不足之处,提出了改进方法和一些使用技巧。研究了以潮流方程作为代数约束的动态电力系统微分代数模型。首先将微分代数模型线性化,得到一个线性常微分模型,并在整个特征值分析中采用动态分析的方法。其次,运用分岔分析方法以单机——单负荷系统的实例,讨论了由于系统参数变化产生的分岔。最后,为了在不改变初始平衡点值的情况下稳定现有的平衡点,提出了引入自适应控制规律改善系统的动态特性的设计思路。提出了含有不确定系统参数的线性系统的MRAC方案,并提供了Lyapunouv稳定性的数学证明。接着,设计了一个动态平衡点追踪方案,用于求取不确定系统负荷下的平衡解。针对单机——单负荷系统的实例,在原有P(PI)控制器的基础上,设计了辅助MRAC控制器,仿真证明其可以改善系统的电压稳定性和载荷能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电力系统电压稳定研究概述
• 1.2 电压稳定问题的研究方法
• 1.2.1 静态分析方法
• 1.2.2 动态分析方法
• 1.3 分岔理论在电压稳定问题中的应用
• 1.3.1 分岔理论在电压稳定问题研究中的现状
• 1.3.2 电力系统模型
• 1.3.3 电力系统动态稳定性
• 1.4 模型参考自适应控制
• 1.4.1 问题的提出
• 1.4.2 典型结构
• 1.4.3 模型参考自适应系统的设计思路
• 1.5 本文工作
• 第二章 分岔的数值计算方法与应用软件包
• 2.1 分岔理论的基本概念
• 2.1.1 鞍结分岔（SNB）
• 2.1.2 霍普夫分岔（HB）
• 2.1.3 奇异诱导分岔（SIB）
• 2.2 分岔的数值计算
• 2.2.1 分岔的数值计算法则分类
• 2.2.2 数值延拓算法具体实现方法和步骤
• 2.3 分岔分析和延拓计算软件包
• 2.3.1 常用分岔分析和延拓计算软件包介绍
• 2.3.2 利用AUTO2000进行分岔分析的方法
• 2.3.3 使用AUTO2000的技巧
• 2.4 本章小结
• 第三章 电力系统微分代数模型的动态特性
• 3.1 电力系统模型的线性化
• 3.2 系统参数变化产生分岔的实例
• 3.2.1 采用P控制器的单机——单负荷系统
• 3.2.2 采用PI控制器的单机——单负荷系统
• 3.3 在线自适应控制的设计思路
• 3.4 本章小结
• 第四章 电力系统微分代数模型的自适应控制
• 4.1 模型参考自适应控制器设计
• 4.1.1 问题陈述与假设
• 4.1.2 含已知参数的模型参考控制（MRC）方案
• 4.1.3 被控对象相对阶数n*=1的情况
• 4.1.4 被控对象相对阶数n*=2的情况
• 4.2 平衡点追踪
• 4.2.1 动态平衡点追踪
• 4.2.2 动态变量x的检测
• 4.2.3 运用控制策略使输出为稳态值
• 4.3 辅助MRAC的应用实例
• 4.3.1.一阶实例
• 4.3.2 二阶实例
• 4.3.3 三阶实例（PI控制系统）
• 4.3.4 综合前述情况的系统比较图
• 4.4 系数的选择与限制
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢