模型降價(jià)處理及其在電力系統(tǒng)小擾動(dòng)分析與控制中的應(yīng)用.pdf

1、大型互聯(lián)電力系統(tǒng)的規(guī)模日益龐大，且運(yùn)行環(huán)境與方式不斷變化，導(dǎo)致針對(duì)小擾動(dòng)穩(wěn)定所建立的線性化模型維數(shù)甚高。因此，在不影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)本質(zhì)特性的前提下將電力系統(tǒng)狀態(tài)方程的維數(shù)適當(dāng)降低，即對(duì)模型進(jìn)行降階處理是一個(gè)值得研究的問題。降階處理及其方法的討論將有助于解決電力系統(tǒng)運(yùn)行控制分析與研究中出現(xiàn)的維數(shù)過高的問題。電力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定模型處理中常用的選擇模式分析法、改進(jìn)SMA算法、自激法、S矩陣法等方法往往會(huì)丟失部分狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)變化過程，而模態(tài)等值處

2、理法，又尚無(wú)明確的保留特征值選擇準(zhǔn)則。因此有必要進(jìn)一步研究電力系統(tǒng)小擾動(dòng)分析與控制中的模型降階處理方法。
　　 通過深入分析保留特征根選擇準(zhǔn)則，引出主導(dǎo)度概念與主導(dǎo)度的表達(dá)形式，與單純利用特征值的分析方法比較可知，將主導(dǎo)度和特征值結(jié)合起來(lái)分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性將更為合理與有效。因此采用以主導(dǎo)度結(jié)合特征值分布形態(tài)確定降階模型特征值的思路，將能有效確定保留特征值的選擇準(zhǔn)則。
　　 文中針對(duì)模型降階和控制方法的需要，考慮發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁

3、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、原動(dòng)機(jī)及調(diào)速系統(tǒng)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的常用模型，建立了簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)十二階線性化模型。根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的具體要求，可靈活調(diào)整同步發(fā)電機(jī)組及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模型。對(duì)于多機(jī)系統(tǒng)，采用坐標(biāo)變換解決了發(fā)電機(jī)定子電壓方程與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納方程聯(lián)立求解的問題。進(jìn)而建立了供降階用小擾動(dòng)穩(wěn)定模型：以勵(lì)磁系統(tǒng)給定電壓參考值為輸入量，以△xG為狀態(tài)變量，以發(fā)電機(jī)端電流為輸出量的狀態(tài)空間方程。
　　 構(gòu)建了模態(tài)攝動(dòng)降階法的基本形式，指出利用攝動(dòng)降階

4、法時(shí)，應(yīng)根據(jù)主導(dǎo)度的大小與特征值的位置合理選擇主導(dǎo)特征值，盡量避免將系統(tǒng)中非常靠近虛軸的特征值選為非主導(dǎo)特征值，這是由于模態(tài)攝動(dòng)降階原理所決定的，并可提高降階精度。采用單機(jī)和多機(jī)系統(tǒng)實(shí)例驗(yàn)證了此方法的降階效果。當(dāng)原始運(yùn)行狀態(tài)改變時(shí)，合理確定降階的階次可以獲得較好的等值效果。針對(duì)單機(jī)系統(tǒng)實(shí)例中的四階、三階與二階等值模型和多機(jī)實(shí)例中的四階等值模型，改變輸入量大小時(shí)，由等值模型得到的狀態(tài)變量動(dòng)態(tài)變化過程和原始模型基本保持一致，具有較高的等值精

5、度，未受輸入量變化的影響。與此同時(shí)，其它狀態(tài)變量變化情況亦可獲知，且其動(dòng)態(tài)變化過程降階前后具備較高的精度。
　　 根據(jù)具有附加條件的最優(yōu)分析方法，構(gòu)建了以降階模型誤差表示的二次型性能指標(biāo)，將模型的降階處理轉(zhuǎn)化為求解具有附加條件的最優(yōu)分析問題，從而得到了模態(tài)最優(yōu)線性組合降階模型中有關(guān)等效參數(shù)的計(jì)算表達(dá)式，并獲得所需的降階模型狀態(tài)方程。實(shí)例分析表明，原始系統(tǒng)工作點(diǎn)改變時(shí)，若合理選擇重要狀態(tài)變量和主導(dǎo)特征值，就可以利用模態(tài)最優(yōu)線性組合

6、降階法進(jìn)行有效的降階處理。其中，重要狀態(tài)變量的降階精度較高，而個(gè)別非重要狀態(tài)變量的降階精度有所下降，降階后的模型在輸入量變化時(shí)依然具備較高的等值精度。模態(tài)最優(yōu)線性組合降階法約束條件較多，另外該降階方法雖可得到最優(yōu)解，但不意味著由此對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)J在數(shù)值上一定是最小，然而這種分析方法可使降階處理的計(jì)算量減少，并獲得較好的近似精度。在實(shí)際應(yīng)用模態(tài)最優(yōu)線性組合法降階時(shí)，可以根據(jù)精度要求通過比較分析選擇最佳的降階階數(shù)。
　　 設(shè)置狀態(tài)反

7、饋調(diào)節(jié)器并構(gòu)成閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，針對(duì)降階后的模型，提出調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法。該調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)突顯了降階模型的作用，簡(jiǎn)化了閉環(huán)調(diào)節(jié)，改善了原系統(tǒng)的穩(wěn)定與動(dòng)態(tài)性能。電力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定分析時(shí)，建立開環(huán)系統(tǒng)的原始模型，采用模態(tài)攝動(dòng)法和最優(yōu)線性組合法合理降低模型階次，以開環(huán)系統(tǒng)的重要狀態(tài)變量為反饋量設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器，進(jìn)而得到閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)方程。實(shí)例分析表明，利用模態(tài)攝動(dòng)和最優(yōu)線性組合降階法獲得的等值模型，分別根據(jù)極點(diǎn)配置法和最優(yōu)控制法設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)節(jié)器，均可合理改善原

8、始系統(tǒng)的穩(wěn)定特性。
　　 對(duì)比分析了模態(tài)攝動(dòng)法與最優(yōu)線性組合法的降階效果，提出了兩種方法應(yīng)用于電力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定降階分析中的一般步驟。單機(jī)系統(tǒng)實(shí)例中，兩種降階方法的降階效果極為接近，多機(jī)系統(tǒng)實(shí)例中，降階模型的階次較低時(shí)，最優(yōu)線性組合法的降階精度優(yōu)于攝動(dòng)法，但是差別有限，兩種方法均可有效降階；攝動(dòng)法原理較為簡(jiǎn)單，計(jì)算量較小，最優(yōu)線性組合法計(jì)算量較大，約束條件較多。在電力系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)所分析問題的需要以及精度要求合理選擇

9、降階方法，并綜合考慮發(fā)電機(jī)、原動(dòng)機(jī)、調(diào)速系統(tǒng)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等模型，建立電力系統(tǒng)狀態(tài)空間方程，計(jì)算原系統(tǒng)特征值對(duì)應(yīng)的主導(dǎo)度，根據(jù)主導(dǎo)度的排序選擇降階的階次，從而得到兩種方法對(duì)應(yīng)的降階模型，在降低模型階次的同時(shí)還可對(duì)所有狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)變化過程予以了解與分析。
　　 在電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制中，若能在高階系統(tǒng)線性化處理的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況以及計(jì)算精度的需要，選擇模態(tài)最優(yōu)線性組合降階法或模態(tài)攝動(dòng)降階法，使原系統(tǒng)降階至最佳階次，則可在確保