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

1、隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，低頻振蕩問題已成為電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的一個重要方面。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)險加大，嚴重影響了區(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)上對電力系統(tǒng)傳統(tǒng)附加阻尼控制器進行協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計，最后分別對新型附加勵磁控制器和FACTS附加阻尼控制器的設(shè)計方法及控制策略進行了深入的研究。
　　控制器之間的不良交互影響會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，解決了阻尼控制器的配置問題。該評價指標(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別每臺發(fā)電機對振蕩模態(tài)的貢獻程度，找出附加勵磁阻尼控制器的最佳配置點，從而簡化了計算過程和運算量，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，本文對多機電力系統(tǒng)PSS協(xié)調(diào)問題進行了研究。首先將粒子群優(yōu)化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法作為一個變異因子嵌入到細菌覓食優(yōu)化(Bacterial Forging Optimization,BFO)算法，綜合了PSO算法的全局搜索能力強和BFO算法局部搜索能力強的優(yōu)點，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)計阻尼控制器參數(shù)。為了增強系統(tǒng)的魯棒性，該方法在目標(biāo)函數(shù)中考慮了多種運行方式。最后通過算例驗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)運行的穩(wěn)定性，提出了最小熵H∞魯棒附加勵磁控制器的設(shè)計方法。首先，將PS/T靈敏度設(shè)計方法引入控制器設(shè)計，解決了基于Riccati方程法在設(shè)計過程中的零極點對消問題。針對加權(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∞魯棒附加勵磁阻尼控制器設(shè)計方法，把多個不同的設(shè)計目標(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，增加控制器的實用性，利用Hankel范數(shù)最優(yōu)降階方法分別

7、對原系統(tǒng)和控制器進行了兩次降階處理，使得控制器階次相對較低。最后通過算例驗證了控制器的有效性。
　　針對區(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FACTS的附加阻尼控制器設(shè)計問題進行了研究。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)計模型，提出了分數(shù)階附加阻尼控制器設(shè)計方案。針對分數(shù)階控制器參數(shù)設(shè)計問題，引入BFO-PSO算法進行參數(shù)求解，提出了阻尼系統(tǒng)模態(tài)振蕩和穩(wěn)定節(jié)點