電力系統(tǒng)附加阻尼控制器的優(yōu)化配置與設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，低頻振蕩問題已成為電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的一個(gè)重要方面。尤其是區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)，導(dǎo)致系統(tǒng)的阻尼變得薄弱，低頻振蕩的風(fēng)險(xiǎn)加大，嚴(yán)重影響了區(qū)域間的功率交換和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。阻尼控制是解決低頻振蕩問題的一種有效方法。目前，電力系統(tǒng)主要采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Power System Stabilizer,PSS)和柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible AC Transmission Systems,FACTS)的附加阻尼控制器來抑制低

2、頻振蕩。因此，如何從控制策略和控制方法上提高控制器的阻尼水平，減少控制器的交互影響，無論在理論方面還是實(shí)踐方面都具有重要的研究意義。
　　本文研究了附加阻尼控制器的配置問題，在此基礎(chǔ)上對(duì)電力系統(tǒng)傳統(tǒng)附加阻尼控制器進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后分別對(duì)新型附加勵(lì)磁控制器和FACTS附加阻尼控制器的設(shè)計(jì)方法及控制策略進(jìn)行了深入的研究。
　　控制器之間的不良交互影響會(huì)降低控制器的控制效果，因此，從工程角度，附加阻尼控制器的數(shù)目應(yīng)適量，合理選

3、擇附加阻尼控制器的安裝位置也就成為大區(qū)域電網(wǎng)阻尼控制器協(xié)調(diào)的重要內(nèi)容。本文利用奇異值分解(Singular Value Decomposition,SVD)的方法結(jié)合模型的辨識(shí)，解決了阻尼控制器的配置問題。該評(píng)價(jià)指標(biāo)不需要系統(tǒng)狀態(tài)矩陣的QR分解和傳遞函數(shù)留數(shù)的計(jì)算，通過求解系統(tǒng)輸入-輸出的傳遞函數(shù)矩陣的最大奇異值及其奇異向量來識(shí)別每臺(tái)發(fā)電機(jī)對(duì)振蕩模態(tài)的貢獻(xiàn)程度，找出附加勵(lì)磁阻尼控制器的最佳配置點(diǎn)，從而簡(jiǎn)化了計(jì)算過程和運(yùn)算量，為附加阻尼控

4、制器的協(xié)調(diào)奠定了基礎(chǔ)。算例驗(yàn)證了該方法能快速和有效地配置附加阻尼控制器。
　　為了使傳統(tǒng)PSS有效地發(fā)揮阻尼作用，本文對(duì)多機(jī)電力系統(tǒng)PSS協(xié)調(diào)問題進(jìn)行了研究。首先將粒子群優(yōu)化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法作為一個(gè)變異因子嵌入到細(xì)菌覓食優(yōu)化(Bacterial Forging Optimization,BFO)算法，綜合了PSO算法的全局搜索能力強(qiáng)和BFO算法局部搜索能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，提出了BFO

5、-PSO混合算法。在此基礎(chǔ)上，提出了基于PSO-BFO混合算法的電力系統(tǒng)PSS協(xié)調(diào)優(yōu)化的新方法，該方法將阻尼控制器參數(shù)設(shè)計(jì)問題歸結(jié)為帶有不等式約束的目標(biāo)優(yōu)化問題，通過非線性變換將有約束問題轉(zhuǎn)化為無約束問題，然后采用PSO-BFO混合優(yōu)化算法求解優(yōu)化問題設(shè)計(jì)阻尼控制器參數(shù)。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，該方法在目標(biāo)函數(shù)中考慮了多種運(yùn)行方式。最后通過算例驗(yàn)證了該方法的合理性，有效地抑制了低頻振蕩。
　　為了使設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有很好的魯棒性，大

6、范圍保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提出了最小熵H∞魯棒附加勵(lì)磁控制器的設(shè)計(jì)方法。首先，將PS/T靈敏度設(shè)計(jì)方法引入控制器設(shè)計(jì)，解決了基于Riccati方程法在設(shè)計(jì)過程中的零極點(diǎn)對(duì)消問題。針對(duì)加權(quán)函數(shù)的選取，提出了一種基于BFO-PSO混合算法的最小熵H∞魯棒附加勵(lì)磁阻尼控制器設(shè)計(jì)方法，把多個(gè)不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)轉(zhuǎn)換為不等式約束，將加權(quán)函數(shù)的選取表示為一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題。為了減小系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加控制器的實(shí)用性，利用Hankel范數(shù)最優(yōu)降階方法分別

7、對(duì)原系統(tǒng)和控制器進(jìn)行了兩次降階處理，使得控制器階次相對(duì)較低。最后通過算例驗(yàn)證了控制器的有效性。
　　針對(duì)區(qū)域間的功率振蕩，為了有效提高區(qū)域間的振蕩模態(tài)阻尼，本文對(duì)FACTS的附加阻尼控制器設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了研究。首先分析了SVC電壓控制和阻尼控制的相互作用，在此基礎(chǔ)上建立了SVC附加阻尼控制器設(shè)計(jì)模型，提出了分?jǐn)?shù)階附加阻尼控制器設(shè)計(jì)方案。針對(duì)分?jǐn)?shù)階控制器參數(shù)設(shè)計(jì)問題，引入BFO-PSO算法進(jìn)行參數(shù)求解，提出了阻尼系統(tǒng)模態(tài)振蕩和穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)