交直流输电系统低频振荡相关问题分析及阻尼控制策略研究

摘要

随着我国电力工业快速发展，电网规模日益扩大，大容量机组不断投入运行，再加上快速励磁的普遍使用和电力市场竞争机制的引入，电网运行在稳定极限边缘的可能性也大为增加，低频振荡现象在大型互联电网中更是安全运行的重要问题。而且，高压直流输电工程越来越多地用于我国大区电网互联，交直流并联输电和多馈入直流输电的格局将在我国的多个大区电网中出现，它们的投入使得电力系统的运行方式越来越复杂，同时也为电力系统提供了更为灵活的稳定控制方式。因此，研究交直流互联系统低频振荡的稳定与控制对我国的全国电网互联工程来说具有非常重要的现实意义。 研究低频振荡问题主要包括两个方面，一个是低频振荡是如何产生的，也就是低频振荡形成机理分析；另一个是如何抑制低频振荡的产生，也就是研究低频振荡阻尼控制策略。任何电力系统稳定问题都离不开电力负荷的作用，而感应电机是电力负荷的一个重要组成部分。因此，本文的研究也包括两大部分，一部分是感应电机负荷对电力系统低频振荡的影响分析以及交直流并联运行系统低频振荡模式非线性相关分析；另一部分是研究交直流并联系统低频振荡阻尼控制策略。论文的主要内容和研究成果归纳如下： ●首次运用微分动力学积分流形理论详细推导带感应电机负荷的电力系统低频振荡频率和阻尼比，结合实例仿真研究感应电机负荷对电力系统低频振荡的影响，特别是感应电机惯性常数对电力系统低频振荡的影响。 ●首次运用向量场的正规形理论分析多馈入交直流并联输电系统低频振荡模式间非线性相关作用。详细推导了交直流联合输电系统的向量场模型，在此基础上，运用向量场的正规形理论分析系统的二阶非线性相关系数、非线性相关指标以及非线性相关系数的灵敏度，结合特征值分析，研究了一个双馈入交直流并联系统的模式非线性相关作用及其与关键模式阻尼之间的关系，并确定阻尼控制器参数的调整策略。 ●基于系统振荡过程中暂态振荡能量下降的原理，提出运用模糊逻辑控制理论设计发电机励磁系统和直流系统的协调控制器。采用易于测取的联络线功率和直流电流作为模糊控制器的输入信号，通过从联络线功率变化提取速度和加速度信息，在速度/加速度相平面图中判别系统振荡所处的阶段和振荡强弱；运用专家知识结合暂态能量下降原理设计模糊规则库，在此基础上设计模糊逻辑控制器。通过两个交直流并联输电系统上的仿真研究证明了该模糊控制策略可有效增强系统低频振荡阻尼、提高系统动态稳定性。 ●考虑电力系统非线性负荷的影响，结合微分代数系统反馈线性化技术研究了具有非线性负荷的MIMO电力系统的非线性控制策略。针对一类不能完全精确线性化的MIMO微分代数系统，定义了微分代数零动态，并通过目标跟踪和微分代数零动态设计原理构造交直流并联输电系统的非线性控制器。仿真结果表明该控制策略非常有效。

目录

文摘

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论文说明：上海交通大学学位论文答辩决议书

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第一章绪论

第二章感应电机负荷对电力系统低频振荡的影响分析

2.1引言

2.2积分流形在模型降阶中的应用

2.3感应电机对单机无穷大系统低频振荡影响机理分析

2.4带感应电机负荷多机系统低频振荡分析

2.5实例分析

2.6小结

第三章交直流输电系统低频振荡模式非线性相关分析

第四章交直流并联系统的模糊逻辑协调控制策略研究

第五章基于微分代数模型的交直流并联系统非线性控制策略研究

第六章全文总结

参考文献

附 录

致 谢

攻读博士学位期间发表的学术论文及参加的科研工作