基于信息物理系统融合的广域电网阻尼控制方法研究

摘要

随着信息通信技术在电网中的广泛应用，紧密融合电网与信息通信的电力信息物理系统为广域互联电网的区间低频振荡抑制提供了便利。由同步相量测量单元构建的广域测量系统在电网中的广泛应用，为电力信息物理系统低频振荡在线监测与闭环控制奠定了软硬件基础，同时全网数据的同步采集传输会给电力信息物理系统的信息系统带来一些问题，如海量数据的传输处理、网络拥塞、网络诱导数据延时、数据丢失等。为有效抑制广域互联电网的区间低频振荡和克服通信网络给电力信息物理系统的稳定运行带来的不利影响，本文对电力信息物理系统通过网络控制实现电力系统的广域阻尼控制进行了深入的研究。本文主要开展的研究工作如下：
　　首先，分析电力信息物理系统的广域监控系统的特征，提出电力信息物理系统的层次结构模型，并介绍了各组成部分的功能；针对紧密联系着电力系统和信息系统的通信网络作了分析，对通信系统给物理、信息世界带来的信息传输特性影响作了分析，探讨了适用于电力信息物理系统广域通信系统的网络技术、通信协议、网络拓扑。
　　其次，依据电力系统小信号模型，分析电力系统低频振荡的机理；基于电力系统同步测量的海量运行数据，利用可变遗忘因子最小二乘法来在线辨识物理系统模型，并由改进的广义预测控制算法基于辨识模型生成控制指令，设计了电力信息物理系统广域阻尼控制器；为了补偿系统时滞带来的不良影响，建立了延时补偿机制，并通过时域仿真测试控制器的性能。
　　最后，为补偿信息系统丢包、时序错乱对电力系统稳定控制的不利影响，建立了通信补偿机制，并利用MATLAB和OPNET搭建了电力信息物理系统联合仿真平台，分析信息系统延时、丢包、乱序等因素与电力系统的交互影响。通过联合仿真分析表明，信息系统会给电力系统带来一些不确定性的不利影响，具有通信补偿机制的广域阻尼控制器在信息系统的不利影响下，仍能有效抑制互联电力系统的区间低频振荡。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外CPPS的研究现状

1.3 国内外广域互联电网阻尼控制研究现状

1.4 当前CPPS控制研究的局限性

1.5 本文的主要工作与结构安排

第2章 CPPS广域监控系统结构分析

2.1 CPPS广域监控系统的特点

2.2 CPPS广域监控系统层次结构模型

2.3 CPPS广域监控通信系统信息传输特性分析

2.4 CPPS广域监控通信系统方案设计

2.5 本章小结

第3章 CPPS广域阻尼控制策略

3.1 广域电力系统多机小信号模型机理分析

3.2 广域阻尼控制经典相位补偿方法

3.3 CPPS广域阻尼控制器设计

3.4 仿真算例

3.5 本章小结

第4章 通信受限的CPPS广域阻尼控制分析

4.1 通信网络不良影响的补偿机制

4.2 CPPS广域阻尼控制联合仿真

4.3 仿真算例

4.4 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录

致谢