應(yīng)用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的研究.pdf

1、隨著互聯(lián)電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)低頻振蕩問(wèn)題成了嚴(yán)重威脅到互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的突出問(wèn)題之一，因此，有必要深入研究抑制電力系統(tǒng)振蕩的方法和手段，而飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展為此提供了新的思路和有效的技術(shù)支持。本文提出應(yīng)用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)（FESS）來(lái)抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩，為抑制低頻振蕩提供了新方法和手段，對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展有著重要和深遠(yuǎn)的意義。
　　 本文在建立了FESS的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、推導(dǎo)了含F(xiàn)ESS的多機(jī)電力系統(tǒng)的全系統(tǒng)Pillips

2、-Heffron線性化模型基礎(chǔ)上，研究了FESS的PI控制器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和FESS抑制低頻振蕩的機(jī)理。并在機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，對(duì)FESS抑制區(qū)域振蕩、單個(gè)FESS抑制系統(tǒng)多模態(tài)振蕩的應(yīng)用以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）與FESS阻尼控制器協(xié)調(diào)優(yōu)化等問(wèn)題展開研究，并取得如下主要成果：
　　 （1）提出應(yīng)用改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法（IPSO）優(yōu)化設(shè)計(jì)FESS的有功和電壓的PI控制器參數(shù)。IPSO算法通過(guò)混沌初始化、迭代中加入混沌擾動(dòng)和自適應(yīng)調(diào)

3、整慣性權(quán)重系數(shù)來(lái)克服傳統(tǒng)PSO算法效率低、易陷入局部極值和算法早熟等缺陷。基于IPSO算法，以有功和電壓控制器響應(yīng)的ITAE（Integral of time multiplied by the absolute value oferror）指標(biāo)最小為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)FESS的兩個(gè)PI控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。并以單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)和四機(jī)系統(tǒng)為例，通過(guò)非線性仿真分析驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的有效性。
　　 （2）應(yīng)用阻尼轉(zhuǎn)矩分析（DTA）法結(jié)合線性模式

4、分析法從理論上分析FESS抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的機(jī)理。該方法分析了阻尼轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生、分配和傳遞的全過(guò)程，即FESS通過(guò)對(duì)各臺(tái)發(fā)電機(jī)提供阻尼轉(zhuǎn)矩，然后通過(guò)每臺(tái)發(fā)電機(jī)將阻尼轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為對(duì)模式的阻尼，清晰地揭示了FESS抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的機(jī)理，為應(yīng)用FESS抑制低頻振蕩奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 （3）提出應(yīng)用FESS抑制電力系統(tǒng)的區(qū)域振蕩。文中提出應(yīng)用基于DTA結(jié)合模式分析法的阻尼轉(zhuǎn)矩指標(biāo)（DTI）的選擇FESS安裝地點(diǎn)、控制回路和反饋信

5、號(hào)的魯棒性方法，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用推廣相位補(bǔ)償法對(duì)阻尼控制器參數(shù)的魯棒性整定。以四機(jī)系統(tǒng)為例，特征值分析和非線性仿真都驗(yàn)證表明了FESS抑制區(qū)域振蕩的有效性。
　　 （4）提出應(yīng)用單個(gè)FESS抑制電力系統(tǒng)的多模態(tài)振蕩。針對(duì)FESS具有有功和電壓兩個(gè)獨(dú)立的控制回路，提出在兩個(gè)控制回路上分別附加阻尼控制器以分別抑制不同的振蕩模式，達(dá)到單個(gè)FESS抑制多模態(tài)振蕩的目的。應(yīng)用模態(tài)控制理論，通過(guò)對(duì)可控性指標(biāo)的分析和比較，為各弱阻尼模式分別選

6、定了相對(duì)有效的有功或電壓控制回路以及相應(yīng)的反饋信號(hào)，并應(yīng)用IPSO算法，以各弱阻尼模式的最小阻尼比最大化為目標(biāo)函數(shù)，協(xié)調(diào)優(yōu)化各阻尼控制器的參數(shù)。以四機(jī)系統(tǒng)為例，特征值分析和非線性仿真都表明了FESS抑制系統(tǒng)多模態(tài)振蕩的有效性。
　　 （5）提出應(yīng)用加入模擬退火思想的IPSO算法（AIPSO）協(xié)調(diào)優(yōu)化FESS阻尼控制器和PSS的參數(shù)。AIPSO算法是在IPSO算法中加入模擬退火思想，以提高算法的全局搜尋能力和尋優(yōu)效率。在多種運(yùn)行方

7、式下以機(jī)電振蕩模式最小阻尼比最大化為目標(biāo)函數(shù)，并保證所有特征值的實(shí)部為負(fù)和非機(jī)電振蕩模式滿足一定的阻尼比，將PSS和FESS阻尼控制器參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化轉(zhuǎn)化為一個(gè)含有約束條件的最優(yōu)化問(wèn)題，并應(yīng)用AIPSO算法求解。以四機(jī)系統(tǒng)和新英格蘭39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，驗(yàn)證了算法的有效性和一定的魯棒性。
　　 （6）探討FESS容量對(duì)低頻振蕩的影響，并提出應(yīng)用分布式FESS解決因單個(gè)FESS容量不足而影響抑制低頻振蕩的效果。應(yīng)用AIPSO算法分別對(duì)分布