Hamilton能量函數(shù)方法研究及其在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用.pdf

1、電力系統(tǒng)是典型的高維非線性動態(tài)系統(tǒng),目前尚不能完全了解其復(fù)雜動力學(xué)行為的各種特性,特別是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性已成為關(guān)系國計民生的重要研究課題之一。隨著我國特高壓戰(zhàn)略的逐步推進(jìn),互聯(lián)電網(wǎng)的規(guī)模愈加龐大,發(fā)生系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞事故的影響將難以估計。而近十年來北美、巴西、印度等地頻頻發(fā)生的大停電事故時刻為我們敲響警鐘?；谀芰亢瘮?shù)法的暫態(tài)穩(wěn)定性分析是非線性理論在電力系統(tǒng)中較為成功的應(yīng)用之一,由于能夠定量地給出系統(tǒng)的穩(wěn)定程度并避免了復(fù)雜的數(shù)值積分,這種方

2、法尤其適用于在線穩(wěn)定評估,它與時域仿真法相輔相成共同構(gòu)成了電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的有效手段。
　　電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的最終目的在于系統(tǒng)鎮(zhèn)定控制,進(jìn)而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。現(xiàn)有的能量函數(shù)法多適用于較為簡單的模型,在模型精度、理論深度和系統(tǒng)穩(wěn)定控制器設(shè)計等方面仍需不斷完善和發(fā)展,而Hamilton系統(tǒng)理論方法為其提供了有力的數(shù)學(xué)分析工具。本文基于廣義受控Hamilton系統(tǒng)理論探討計及轉(zhuǎn)移電導(dǎo)和發(fā)電機(jī)勵磁及FACTS裝置的電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制和各控制

3、器間的協(xié)調(diào)控制問題;并利用自治Hamilton系統(tǒng)周期解理論分析電力系統(tǒng)低頻振蕩現(xiàn)象,通過引入交直流互聯(lián)系統(tǒng)的能量函數(shù)研究抑制低頻振蕩的直流附加阻尼控制器的設(shè)計方法,進(jìn)而研究HVDC與TCSC的協(xié)調(diào)控制問題。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果總結(jié)如下。
　　在廣義 Hamilton系統(tǒng)理論框架內(nèi)提出了一種具有更為一般形式的偽廣義Hamilton系統(tǒng)結(jié)構(gòu),在Hamilton能量函數(shù)基礎(chǔ)上通過構(gòu)造系統(tǒng)局部Lyapunov函數(shù)成功設(shè)計了可使系統(tǒng)

4、漸近穩(wěn)定的控制器,并引入無源性理論,提出一種保證系統(tǒng)具有L2干擾抑制特性的魯棒控制策略,給出了若干定理、條件和判據(jù)。在上述理論基礎(chǔ)上,將所提出的系統(tǒng)框架和控制器設(shè)計方法應(yīng)用于含轉(zhuǎn)移電導(dǎo)和發(fā)電機(jī)勵磁的多機(jī)系統(tǒng)簡化網(wǎng)絡(luò)模型,基于“能量平衡+阻尼注入”的思想提出一種發(fā)電機(jī)勵磁控制器設(shè)計方法,所提出的控制策略理論依據(jù)清晰,具有明確的物理含義;進(jìn)而將含不確定擾動因素的電力系統(tǒng)模型表示成偽廣義Hamilton系統(tǒng)形式,給出一種滿足L2性能準(zhǔn)則的發(fā)電

5、機(jī)勵磁魯棒控制策略;最后用數(shù)值仿真分別驗證了所提出的兩種控制器設(shè)計方法的正確性和有效性。
　　利用廣義Hamilton系統(tǒng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性實現(xiàn)電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)勵磁和TCSC、SVC等FACTS裝置的協(xié)調(diào)控制。首先針對孤立大型發(fā)電廠往遠(yuǎn)方負(fù)荷中心送電且輸電線加裝 TCSC的應(yīng)用場景,通過引入系統(tǒng)等效電納的虛擬控制輸入,在單機(jī)無窮大系統(tǒng)基礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)廣義耗散Hamilton實現(xiàn),以系統(tǒng)暫態(tài)能量下降為控制目標(biāo)給出了保證系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的反饋控

6、策略,利用系統(tǒng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性直接實現(xiàn)了發(fā)電機(jī)勵磁和 TCSC間的協(xié)調(diào)控制,對某典型工程示例進(jìn)行數(shù)值仿真,結(jié)果驗證了本文所提出控制方法的有效性;進(jìn)而考慮含 SVC和發(fā)電機(jī)勵磁的簡化網(wǎng)絡(luò)模型,將 SVC的動態(tài)過程包含在時變的系統(tǒng)導(dǎo)納陣中,給出了多機(jī)系統(tǒng)偽廣義耗散Hamilton實現(xiàn),構(gòu)造系統(tǒng)的局部 Lyapunov函數(shù)并利用 L2增益干擾抑制方法設(shè)計了發(fā)電機(jī)勵磁和SVC的魯棒協(xié)調(diào)控制器,并將控制策略表示為可量測的形式,最后用3機(jī)9節(jié)點系統(tǒng)算

7、例仿真驗證本文所提出協(xié)調(diào)控制策略的正確性和有效性。
　　將Hamilton系統(tǒng)理論應(yīng)用到電力系統(tǒng)低頻振蕩分析和抑制這一領(lǐng)域。首先以單機(jī)無窮大系統(tǒng)作為研究對象,通過構(gòu)造系統(tǒng)Hamilton能量函數(shù)給出自治Hamilton系統(tǒng)模型,利用Hamilton系統(tǒng)周期解理論分析簡單電力系統(tǒng)的低頻振蕩頻率特性,為從非線性系統(tǒng)角度解釋低頻振蕩機(jī)理提供了新的思路;進(jìn)而研究交直流互聯(lián)電網(wǎng)的低頻振蕩抑制問題,基于慣性中心等值法建立了區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的等值系