電力系統(tǒng)低頻振蕩非線性模態(tài)分析方法及分析軟件開發(fā).pdf

1、我國電力工業(yè)正處于高速發(fā)展時(shí)期，電網(wǎng)的規(guī)模日漸龐大，“重負(fù)荷、弱聯(lián)系、快速勵磁、低阻尼”的情況日趨明顯。這使得當(dāng)今的電力系統(tǒng)成了一個(gè)極其復(fù)雜的強(qiáng)非線性系統(tǒng)，它時(shí)常表現(xiàn)出如狀態(tài)變量和模式交互作用等非線性現(xiàn)象。而這些非線性作用已成為影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素。 傳統(tǒng)的線性化分析方法，即使是全模型數(shù)值仿真，都很難計(jì)及系統(tǒng)內(nèi)部非線性動態(tài)結(jié)構(gòu)信息，并揭示這些非線性奇異現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)。目前，研究這類非線性的理論依據(jù)主要有正規(guī)形理論和模態(tài)級數(shù)法。前

2、者的2階解析解對電力系統(tǒng)2階非線性特性的分析和應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，而后者相對較少?；谀B(tài)級數(shù)法的3階解析解因其表達(dá)式十分復(fù)雜而不利于編程實(shí)現(xiàn)?？梢?，對電力系統(tǒng)更高階非線性特性的分析和應(yīng)用仍處于亟待研究的階段。如何方便、可靠地對這些非線性特性進(jìn)行分析，已日益成為電力領(lǐng)域?qū)W者的一項(xiàng)重要工作。 本文從電力系統(tǒng)小信號分析的算法和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行了研究： 1．高階模態(tài)分析方法的研究。 本文基于正規(guī)形理論推導(dǎo)了形式更加簡潔的

3、電力系統(tǒng)3階解析解表達(dá)式，并定義了模態(tài)交互作用指標(biāo)，如3階非線性參與因子、非線性度指標(biāo)和非線性相互作用指標(biāo)等。通過3個(gè)系統(tǒng)的仿真，驗(yàn)證了該3階解析解的有效性。并導(dǎo)出了基于該3階解析解的振蕩分析表達(dá)式，進(jìn)行了振蕩機(jī)理仿真分析。同時(shí)，應(yīng)用正規(guī)形理論的2、3階解析解分析3機(jī)9母線系統(tǒng)的非線性相互作用。結(jié)果表明，非線性相互作用極其復(fù)雜，模態(tài)的高階交互作用具有多樣性，在電力系統(tǒng)模態(tài)分析中考慮2階以上的更高階項(xiàng)的影響是非常必要的。 2．電力

4、系統(tǒng)高階模態(tài)分析程序的開發(fā)。 目前國內(nèi)外廣泛使用的電力仿真軟件無一例外的只提供了小信號穩(wěn)定分析(又稱小干擾穩(wěn)定分析)功能，這一功能只能進(jìn)行線性模態(tài)分析，不具備2階及以上的高階模態(tài)分析功能。針對此空白，本文使用Matlab(R)編寫電力系統(tǒng)高階分析程序和操作界面，同時(shí)集成正規(guī)形理論和模態(tài)級數(shù)法。針對求取系統(tǒng)狀態(tài)方程的高階偏導(dǎo)數(shù)矩陣的關(guān)鍵和難點(diǎn)，采用了數(shù)值微分法來解決。針對高階偏導(dǎo)數(shù)矩陣維數(shù)高、稀疏性大的特點(diǎn)，采用現(xiàn)有的稀疏技術(shù)保證