多时间尺度电力系统模型降阶与稳定性研究

摘要

该文在电力系统奇异摄动建模,多时间尺度电力系统鞍-结分岔,中长期失稳机理等方面进行了较深入的研究,得到了一些有意义的结果.阐述了电力系统的非线性和多时间尺度性,以及与这两种特性紧密相关的电力系统稳定性问题,说明了建立完整电力系统电路化的奇异摄动模型的重要性.将在控制领域应用已很成熟的奇异摄动理论结合微分方程和动力系统理论从新的角度讨论了多时间尺度模型的合理降阶问题,总结了忽略系统快动态和固定系统慢动态的条件,可避免人为采用简化模型时的随意性和盲目性,并通过仿真比较了完整模型和合理降价模型的动态相似性.从时间框架分类稳定性问题,尤其是电压稳定性问题.从多时间尺度模型角度分析了功角静态稳定性与电压静态稳定性、电压小干扰稳定性的物理概念、数学背景的区别;从多时间尺度角度区分了慢变形式的电压稳定问题和大干扰下的中长期电压稳定问题.运用扩展方程法计算了完整模型和降阶模型的静态鞍-结分岔点,通过仿真比较了完整模型和固定发电机慢动态降阶模型的静态鞍-结分岔点的相似性.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1电力系统的非线性

1.2电力系统的多时间尺度性

1.3电力系统稳定性的时间框架分类

1.4电力系统的奇异摄动模型

1.5本研究课题来源

1.6本文的主要研究工作

第二章电力系统的奇异摄动模型

2.1电力系统的电路化奇异摄动模型

2.2电力系统元件模型

2.2.1发电机模型

2.2.2综合负荷模型

2.2.3变压器和输电线路模型

2.2.4励磁调节器模型

2.2.5原动机及调速器模型

2.3多时间尺度电力系统集成模型

2.4简单电力系统的奇异摄动模型

2.5本章小结

第三章奇异摄动理论与模型降阶

3.1引言

3.2奇异摄动的边界层法和多时间尺度法

3.3电力系统三时间尺度模型的降阶

3.3.1忽略系统快动态的条件

3.3.2忽略系统慢动态的条件

3.4简单电力系统模型降阶的仿真比较

3.5本章小结

第四章多时间尺度下的静态稳定性与鞍-结分岔

4.1引言

4.2有关静态稳定性的一些概念

4.2.1静态稳定性与Lyapunov稳定性

4.2.2功角静态稳定性与电压稳定性

4.3慢动态对静态稳定性的影响

4.4多时间尺度电力系统的鞍-结分岔

4.4.1分岔现象

4.4.2鞍-结分岔

4.4.3计算鞍-结分岔的扩展方程法

4.4.4多时间尺度电力系统的Jacobian矩阵

4.4.5原系统与降阶系统的鞍-结分岔点的仿真算例

4.5本章小结

第五章电力系统中长期失稳机理

5.1引言

5.2电力系统慢动态

5.3慢动态对中长期稳定性的影响

5.4电力系统中长期失稳机理

5.4.1简单电力系统的仿真算例1

5.4.2简单电力系统的仿真算例2

5.4.3中长期失稳机理分析

5.5本章小结

结论

一、本文的主要成果

二、对未来研究工作的展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢

附录

附录1奇异摄动的边界层理论

A.1.1奇异摄动的定义

A.1.2奇异摄动的边界层法

A.1.3奇异摄动的多重时间尺度

附录2 Hartman-Grobman定理和稳定流形定理

A.2.1稳定流形定理

A.2.2 Hartman-Grobman定理