電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制策略研究.pdf

1、現代電力系統(tǒng)在發(fā)電容量和電壓等級方面都有較大提高，高壓直流輸電（HVDC）和柔性交流輸電元件（FACTS）的投入運行，以及跨區(qū)域電網的互聯和電力市場的開放，都增加了系統(tǒng)在結構和模型上的復雜性，并產生了許多不確定因素，為電力系統(tǒng)帶來了更多的安全隱患。近年來，世界范圍內的多起嚴重停電事故，使電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問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歸咎于大擾動下發(fā)電機的功角失穩(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)定運行的基礎，暫態(tài)穩(wěn)定控制是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的一道重要屏障。 本文的研究主要針對暫態(tài)穩(wěn)定控制策略的相關問題，所作的主要工作包括： 第一章，綜述了現代電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定非線性控制的相關問題，包括控制對象、控制方法等問題，簡述了非線性系統(tǒng)自適應控制的相關知識及其在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制中的應用。 第二章，研究了多機電力系統(tǒng)中發(fā)電機勵磁的非線性魯棒自適應控制問題，考慮了發(fā)電機阻尼系數、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態(tài)干擾的存在，設計了非線性魯棒自適應控制規(guī)律，保證了發(fā)電機功角和頻率在原運行點鄰域內的收斂性。在所采用的方法中，只要求動態(tài)干擾項有界而不需要知道或給定其界限的具體數值，這是該方法的主要特點。在所設計的控制器中，針對每個不確定項，都設計了一個動態(tài)估計環(huán)節(jié)以應對其影響，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，所設計的控制器是分散/本地化的，數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)的魯棒自適應控制方案，并將其應用于設計發(fā)電機勵磁與調速綜合協(xié)調控制，對第二章中所采用的單輸入—單輸出（SISO）系統(tǒng)魯棒自適應控制設計方法進行了擴展。對于一個n階非線性不確定系統(tǒng)，假設前n—1個控制量在系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時為零，則首先對系統(tǒng)進行增階，即設前n—1個控制量為狀態(tài)變量，從而產生n—1個新的控制量替代原有的控制變量，且使系統(tǒng)變?yōu)橐粋€2n—1階非線性不確定系

5、統(tǒng)?？刂埔?guī)律的設計仍采用反步法（Back—stepping），對于每個不確定項，都設計了一個動態(tài)估計環(huán)節(jié)以應對其影響，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，將所提出的方法應用于發(fā)電機勵磁與調速綜合協(xié)調控制設計，給出了發(fā)電機勵磁和調速綜合協(xié)調控制規(guī)律，并通過數字仿真顯示了所設計控制器對于提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的效用。 第四章，提出了利用系統(tǒng)動態(tài)貫量中心COI（Center of Inertia）信號設計非線性

6、暫態(tài)穩(wěn)定控制器的思想，簡稱“COI跟蹤”思想。一般來講，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)電機運轉的總體趨勢，且其較為平滑，容易跟蹤，因此，如果系統(tǒng)中所有的發(fā)電機都能夠動態(tài)地跟蹤COI的變化，而不只是停留于原有運行點，則各發(fā)電機更容易保持同步，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性更能夠得到保證。廣域測量系統(tǒng)WAMs（Wide—area Measurement Systems）技術的發(fā)展為該思想的實現提供幫助，各發(fā)電機在通過WAM

7、s得到系統(tǒng)COI信息后，動態(tài)的跟蹤COI的變化以達到同步運行，且一定范圍內的WAMs信號時滯是被允許的。根據傳統(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計了兩種勵磁控制器，數字仿真實驗表明，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信號阻尼兩區(qū)域互聯系統(tǒng)功角和頻率COI振蕩的高壓直流輸電系統(tǒng)（HVDC）直流功率調制和晶閘管控制串聯電容器（TCSC）電抗調節(jié)控制方

8、法。HVDC直流功率調制和TCSC電抗調節(jié)都能改變區(qū)域間傳輸的有功功率，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，設計的控制目標是阻尼區(qū)域功角和頻率COI間的振蕩，控制器設計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。數字仿真表明，所提出方案相比于傳統(tǒng)型調制控制器更有利于故障后發(fā)電機功角搖擺的收斂，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展應用于