應用飛輪儲能系統(tǒng)抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的研究.pdf

1、隨著互聯(lián)電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，電力系統(tǒng)低頻振蕩問題成了嚴重威脅到互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的突出問題之一，因此，有必要深入研究抑制電力系統(tǒng)振蕩的方法和手段，而飛輪儲能技術的發(fā)展為此提供了新的思路和有效的技術支持。本文提出應用飛輪儲能系統(tǒng)（FESS）來抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩，為抑制低頻振蕩提供了新方法和手段，對電力系統(tǒng)的發(fā)展有著重要和深遠的意義。
　　 本文在建立了FESS的動態(tài)數(shù)學模型、推導了含F(xiàn)ESS的多機電力系統(tǒng)的全系統(tǒng)Pillips

2、-Heffron線性化模型基礎上，研究了FESS的PI控制器參數(shù)的優(yōu)化設計和FESS抑制低頻振蕩的機理。并在機理研究的基礎上，對FESS抑制區(qū)域振蕩、單個FESS抑制系統(tǒng)多模態(tài)振蕩的應用以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）與FESS阻尼控制器協(xié)調(diào)優(yōu)化等問題展開研究，并取得如下主要成果：
　　 （1）提出應用改進粒子群優(yōu)化算法（IPSO）優(yōu)化設計FESS的有功和電壓的PI控制器參數(shù)。IPSO算法通過混沌初始化、迭代中加入混沌擾動和自適應調(diào)

3、整慣性權重系數(shù)來克服傳統(tǒng)PSO算法效率低、易陷入局部極值和算法早熟等缺陷?；贗PSO算法，以有功和電壓控制器響應的ITAE（Integral of time multiplied by the absolute value oferror）指標最小為目標函數(shù)，對FESS的兩個PI控制器參數(shù)進行優(yōu)化。并以單機無窮大系統(tǒng)和四機系統(tǒng)為例，通過非線性仿真分析驗證了優(yōu)化結果的有效性。
　　 （2）應用阻尼轉矩分析（DTA）法結合線性模式

4、分析法從理論上分析FESS抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的機理。該方法分析了阻尼轉矩產(chǎn)生、分配和傳遞的全過程，即FESS通過對各臺發(fā)電機提供阻尼轉矩，然后通過每臺發(fā)電機將阻尼轉矩轉化為對模式的阻尼，清晰地揭示了FESS抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的機理，為應用FESS抑制低頻振蕩奠定了理論基礎。
　　 （3）提出應用FESS抑制電力系統(tǒng)的區(qū)域振蕩。文中提出應用基于DTA結合模式分析法的阻尼轉矩指標（DTI）的選擇FESS安裝地點、控制回路和反饋信

5、號的魯棒性方法，并在此基礎上應用推廣相位補償法對阻尼控制器參數(shù)的魯棒性整定。以四機系統(tǒng)為例，特征值分析和非線性仿真都驗證表明了FESS抑制區(qū)域振蕩的有效性。
　　 （4）提出應用單個FESS抑制電力系統(tǒng)的多模態(tài)振蕩。針對FESS具有有功和電壓兩個獨立的控制回路，提出在兩個控制回路上分別附加阻尼控制器以分別抑制不同的振蕩模式，達到單個FESS抑制多模態(tài)振蕩的目的。應用模態(tài)控制理論，通過對可控性指標的分析和比較，為各弱阻尼模式分別選

6、定了相對有效的有功或電壓控制回路以及相應的反饋信號，并應用IPSO算法，以各弱阻尼模式的最小阻尼比最大化為目標函數(shù)，協(xié)調(diào)優(yōu)化各阻尼控制器的參數(shù)。以四機系統(tǒng)為例，特征值分析和非線性仿真都表明了FESS抑制系統(tǒng)多模態(tài)振蕩的有效性。
　　 （5）提出應用加入模擬退火思想的IPSO算法（AIPSO）協(xié)調(diào)優(yōu)化FESS阻尼控制器和PSS的參數(shù)。AIPSO算法是在IPSO算法中加入模擬退火思想，以提高算法的全局搜尋能力和尋優(yōu)效率。在多種運行方

7、式下以機電振蕩模式最小阻尼比最大化為目標函數(shù)，并保證所有特征值的實部為負和非機電振蕩模式滿足一定的阻尼比，將PSS和FESS阻尼控制器參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化轉化為一個含有約束條件的最優(yōu)化問題，并應用AIPSO算法求解。以四機系統(tǒng)和新英格蘭39節(jié)點系統(tǒng)為例，驗證了算法的有效性和一定的魯棒性。
　　 （6）探討FESS容量對低頻振蕩的影響，并提出應用分布式FESS解決因單個FESS容量不足而影響抑制低頻振蕩的效果。應用AIPSO算法分別對分布