最优协调电压控制的直接Radau配置算法研究

摘要

随着电力系统规模的不断扩大，电压失稳被认为是造成不安全运行的主要原因之一。当系统发生故障后，某些节点电压可能经历渐进的大幅度下降，负荷的功率需求无法通过发电和输电系统得到满足，最终可能演变为电压崩溃，从而引发一系列事故。
　　 本文针对长期电压稳定具有慢动态的特点，在准稳态假设的基础上，建立了长期电压稳定仿真的系统模型。该模型考虑了发电机过励限制、有载调压变压器、动态负荷等，较为精确地反映了系统的长期动态演化过程。介绍了长期电压稳定准稳态仿真的基本原理，通过求取系统动态演化过程中的一系列暂态平衡点，从而实现长期动态仿真。
　　 当系统受到扰动处于电压紧急状态时，可以通过协调各种控制设备动作，如改变发电机AVR的电压设定值、投切电容器组、调节有载调压变压器的分接头、甚至切除负荷，以增强电力系统的长期电压稳定性。本文根据准稳态假设建立了含连续-离散时间的微分-代数方程约束的最优协调电压控制模型，同时，为计及有载调压变压器变比、可投切电容器组出力和待切除负荷功率的离散特性，引入了离散变量的罚函数处理机制。
　　 协调电压控制是一个复杂的动态优化问题，本文采用现代最优控制理论中的直接法求解该优化问题。根据Radau配置法将其转化为一个连续变量和离散变量并存的大型非线性规划问题。并采用内嵌离散惩罚的非线性原对偶内点算法来求解。直接动态优化算法是求解协调电压控制问题的一种较为有效和精确的方法，Radau配置法具有良好的数值稳定性。从新英格兰10机39节点系统的仿真结果可看出，所提出方法能有效地协调各种控制设备动作，并在保证系统长期电压稳定性的同时尽量减少控制成本，从而增强系统的长期电压稳定性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1 选题背景与意义

1.2 电压稳定的定义和分类

1.3 电压失稳机理

1.4 长期电压稳定分析方法

1.4 协调电压控制发展状况

1.5 本文主要工作

第二章 长期电压稳定准稳态建模

2.1 发电机模型

2.1.1 三阶发电机

2.1.2 励磁系统

2.1.3 原动机和调速器

2.2 负荷模型

2.2.1 静态负荷

2.2.2 动态负荷

2.3 有载调压变压器模型

2.4. 电力网络模型

2.5 全系统准稳态模型

2.6 本章小结

第三章 长期电压稳定准稳态仿真

3.1 基本原理

3.2 暂态平衡点的求解

3.3 算例分析

3.4 本章小结

第四章 最优协调电压控制建模

4.1 二次电压控制

4.1.1 概述

4.1.2 控制策略

4.2 协调电压控制问题的最优控制建模

4.2.1 含离散事件的原始最优控制模型

4.2.2 显式表示离散事件后的最优控制模型

4.3 本章小结

第五章 直接Radau配置与非线性内点算法

5.1 将动态优化问题转化为非线性规划问题

5.2 含离散变量的非线性规划问题求解

5.3 算法步骤

5.4 算例分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢