变步长摄动法的电力系统暂态稳定计算研究与软件开发

摘要

随着我国电力建设发展迅速，特高压交流、直流系统不断完善联网，电网络构架逐渐扩大，互相之间的联系加强与复杂化是必然的趋势。电网的稳定性问题越来越突出。近年来的大停电事件也给了我们深刻的警醒。暂态稳定性分析计算是电力系统三大经典计算之一，也是电力系统规划、设计、调度运行与控制必不可少的一项重要的计算任务。因此，电力系统暂态稳定计算研究具有重要的实际意义。电力系统暂态稳定数值计算，是在时域内求解系统的微分代数方程组。本文针对暂态稳定数值计算方法做了如下的研究工作:
　　1、暂态稳定数值计算的速度和精度一直是研究的重点问题。本文针对提高数值计算的仿真速度方面，提出了一种基于变步长方法和摄动法相结合的电力系统暂态稳定计算仿真算法，并且提出了相应的变步长修正策略。
　　该算法的特点包括:
　　(1)用摄动法代替传统的牛顿迭代法求解电力系统的微分代数方程，摄动法和传统的牛顿迭代法相比具有相同的计算精度，在求解时省去了大量的迭代计算，减小计算量，提高仿真速度。
　　(2)通过变步长的方法，在摄动法求解微分代数方程的框架下，根据局部误差理论与预估校正变步长的计算格式，对步长进行动态调整，在保证计算精度的前提下，仿真的步数减少，与定步长相比进一步提高了仿真速度。变步长摄动法理论推导清晰明确、计算过程简明。仿真算例结果证明，所提出的基于变步长摄动法的电力系统暂态稳定计算是有效的。
　　2、在MATLAB图形用户界面(Graphical User Interface，GUI)工作平台上，设计了软件主界面并嵌入后台程序，开发出一个电力系统暂态稳定计算软件-电力系统暂态稳定计算V1.0。该软件集成了多种发电机模型，多种暂态稳定数值计算方法，包括本文第2章介绍的传统算法和第3、4章的摄动法和变步长摄动法。
　　它的主要功能有:
　　(1)供用户选择不同的仿真算例;
　　(2)用户可以对发电机模型、计算方法、故障类型、仿真时间进行选择与设置;
　　(3)通过输出界面直观的显示发电机机端电压随时间变化的曲线和发电机的摇摆曲线。该软件直观、简洁、形象，方便用户使用，并且它是一个开源软件，也可以供用户不断完善和增加其它功能模块。

目录

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摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 暂态稳定分析方法研究现状

1．3 本文的主要研究内容

2．1 引言

2．2 微分方程的数值解法基本概念

2．3 常用的微分方程的数值解法

2．3．1 欧拉法

2．3．2 改进欧拉法

2．3．3 龙格-库塔法

2．3．4 隐式梯形积分法

2．4 微分-代数方程组的数值解法

2．4．1 显式分离求解法

2．4．2 隐式联立求解法

2．5 暂态稳定计算的一般流程图

2．6 本章小结

3．1 引言

3．2 摄动法的基本概念

3．3 摄动法在电力系统暂态中的应用

3．4 稳定性和计算精度分析

3．5 电力系统暂态计算的数学模型

3．5．1 发电机的数学模型

3．5．2 暂态稳定分析的网络数学模型

3．5．3 发电机与网络的连接

3．6 基于摄动法的暂态稳定计算

3．6．1 计算步骤

3．6．2 算例分析

3．7 本章小结

第四章 变步长摄动法的暂态稳定计算

4．1 引言

4．2 变步长理论研究

4．2．1 变步长方法

4．2．2 变步长的计算格式的分析

4．3 变步长摄动法的暂态稳定计算

4．3．1 算法的计算格式

4．3．2 局部误差估计

4．4 变步长摄动法的步长控制策略

4．5 算法设计与算例分析

4．5．1 算法设计

4．5．2 算例分析

4．6 本章小结

5．1 引言

5．2 GUI软件设计基本内容

5．3 功能模块实现

5．4 软件实例仿真

5．5 本章小结

6．1 全文工作总结

6．2 研究展望

参考文献

附录

致谢

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