電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制策略研究.pdf

1、現(xiàn)代電力系統(tǒng)在發(fā)電容量和電壓等級(jí)方面都有較大提高，高壓直流輸電（HVDC）和柔性交流輸電元件（FACTS）的投入運(yùn)行，以及跨區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)和電力市場(chǎng)的開(kāi)放，都增加了系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和模型上的復(fù)雜性，并產(chǎn)生了許多不確定因素，為電力系統(tǒng)帶來(lái)了更多的安全隱患。近年來(lái)，世界范圍內(nèi)的多起嚴(yán)重停電事故，使電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題再次引起了人們的重視。電力系統(tǒng)中許多破壞性事故的根本原因都?xì)w咎于大擾動(dòng)下發(fā)電機(jī)的功角失穩(wěn)。大干擾功角穩(wěn)定通常又稱暫態(tài)穩(wěn)定，是電力系

2、統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，暫態(tài)穩(wěn)定控制是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一道重要屏障。 本文的研究主要針對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定控制策略的相關(guān)問(wèn)題，所作的主要工作包括： 第一章，綜述了現(xiàn)代電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定非線性控制的相關(guān)問(wèn)題，包括控制對(duì)象、控制方法等問(wèn)題，簡(jiǎn)述了非線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制的相關(guān)知識(shí)及其在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用。 第二章，研究了多機(jī)電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的非線性魯棒自適應(yīng)控制問(wèn)題，考慮了發(fā)電機(jī)阻尼系數(shù)、d軸同步電抗和暫態(tài)電抗的不

3、確定性，以及模型誤差和外部動(dòng)態(tài)干擾的存在，設(shè)計(jì)了非線性魯棒自適應(yīng)控制規(guī)律，保證了發(fā)電機(jī)功角和頻率在原運(yùn)行點(diǎn)鄰域內(nèi)的收斂性。在所采用的方法中，只要求動(dòng)態(tài)干擾項(xiàng)有界而不需要知道或給定其界限的具體數(shù)值，這是該方法的主要特點(diǎn)。在所設(shè)計(jì)的控制器中，針對(duì)每個(gè)不確定項(xiàng)，都設(shè)計(jì)了一個(gè)動(dòng)態(tài)估計(jì)環(huán)節(jié)以應(yīng)對(duì)其影響，控制規(guī)律保證了所有狀態(tài)變量的一致最終有界性和系統(tǒng)輸出的收斂性，并且，所設(shè)計(jì)的控制器是分散/本地化的，數(shù)字仿真顯示了控制器在提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性方面的

4、有效性。 第三章，提出了一類多輸入—多輸出（MIMO）非線性不確定系統(tǒng)的魯棒自適應(yīng)控制方案，并將其應(yīng)用于設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與調(diào)速綜合協(xié)調(diào)控制，對(duì)第二章中所采用的單輸入—單輸出（SISO）系統(tǒng)魯棒自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了擴(kuò)展。對(duì)于一個(gè)n階非線性不確定系統(tǒng)，假設(shè)前n—1個(gè)控制量在系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)為零，則首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行增階，即設(shè)前n—1個(gè)控制量為狀態(tài)變量，從而產(chǎn)生n—1個(gè)新的控制量替代原有的控制變量，且使系統(tǒng)變?yōu)橐粋€(gè)2n—1階非線性不確定系

5、統(tǒng)。控制規(guī)律的設(shè)計(jì)仍采用反步法（Back—stepping），對(duì)于每個(gè)不確定項(xiàng)，都設(shè)計(jì)了一個(gè)動(dòng)態(tài)估計(jì)環(huán)節(jié)以應(yīng)對(duì)其影響，最終保證了全部狀態(tài)變量的一致最終有界性和系統(tǒng)輸出的收斂性。最后，將所提出的方法應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與調(diào)速綜合協(xié)調(diào)控制設(shè)計(jì)，給出了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和調(diào)速綜合協(xié)調(diào)控制規(guī)律，并通過(guò)數(shù)字仿真顯示了所設(shè)計(jì)控制器對(duì)于提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的效用。 第四章，提出了利用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)貫量中心COI（Center of Inertia）信號(hào)設(shè)計(jì)非線性

6、暫態(tài)穩(wěn)定控制器的思想，簡(jiǎn)稱“COI跟蹤”思想。一般來(lái)講，系統(tǒng)COI（包括功角COI和頻率COI）曲線能夠反映系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的總體趨勢(shì)，且其較為平滑，容易跟蹤，因此，如果系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)都能夠動(dòng)態(tài)地跟蹤C(jī)OI的變化，而不只是停留于原有運(yùn)行點(diǎn)，則各發(fā)電機(jī)更容易保持同步，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性更能夠得到保證。廣域測(cè)量系統(tǒng)WAMs（Wide—area Measurement Systems）技術(shù)的發(fā)展為該思想的實(shí)現(xiàn)提供幫助，各發(fā)電機(jī)在通過(guò)WAM

7、s得到系統(tǒng)COI信息后，動(dòng)態(tài)的跟蹤C(jī)OI的變化以達(dá)到同步運(yùn)行，且一定范圍內(nèi)的WAMs信號(hào)時(shí)滯是被允許的。根據(jù)傳統(tǒng)的“分散/本地化”控制思想和本章提出的“COI跟蹤”控制思想，采用相同的非線性控制方法設(shè)計(jì)了兩種勵(lì)磁控制器，數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)表明，后者更有利于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。 第五章，提出利用區(qū)域COI信號(hào)阻尼兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)功角和頻率COI振蕩的高壓直流輸電系統(tǒng)（HVDC）直流功率調(diào)制和晶閘管控制串聯(lián)電容器（TCSC）電抗調(diào)節(jié)控制方

8、法。HVDC直流功率調(diào)制和TCSC電抗調(diào)節(jié)都能改變區(qū)域間傳輸?shù)挠泄β?，從而影響系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。HVDC和 TCSC控制環(huán)節(jié)均采用一階環(huán)節(jié)表示，設(shè)計(jì)的控制目標(biāo)是阻尼區(qū)域功角和頻率COI間的振蕩，控制器設(shè)計(jì)采用非線性魯棒控制方法，保證了全部狀態(tài)變量的一致最終有界性和區(qū)域間功角及頻率COI振蕩的收斂。數(shù)字仿真表明，所提出方案相比于傳統(tǒng)型調(diào)制控制器更有利于故障后發(fā)電機(jī)功角搖擺的收斂，更有利于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。所提出的方法同樣可擴(kuò)展應(yīng)用于