包括STATCOM的电力系统阻尼控制器参数协调设计方法研究

摘要

在全国性电网运行的初期,低频振荡是制约区域电网间功率交换的主要问题之一.电力工程界多年的研究和实践表明,在某些发电机的励磁系统上加装电力系统稳定器(PSS)是抑制低频振荡的一种经济有效的方法.另外,柔性交流输电系统(FACTS)阻尼低频振荡的潜力亦受到研究者广泛关注. 静止同步补偿器(STATCOM)是一种重要的FACTS装置.在多机电力系统中,研究PSS和STATCOM阻尼控制器参数的协调设计来抑制低频振荡,提高系统小干扰稳定性,具有非常现实的意义. 作为小干扰稳定分析的前期工作,本文提出了一种考虑STATCOM有功损耗的潮流算法.该算法对极坐标系下的牛顿一拉夫逊法作了简单修改,使之能够考虑STATCOM有功损耗,具有易实现、潮流结果精度高的优点. 在推导含STATCOM的系统小干扰模型时,本文首先分析了线路有功功率的微增量及母线电压分别在x轴y轴投影的微增量与所有状态变量的线性关系. 得出线路有功功率微增量的导数及母线电压分别在x轴y轴投影微增量的导数与STATCOM对应的部分特定状态变量导数不相关的结论.基于该结论,将传统的推导方法应用到含STATCOM的电力系统中,推导出含STATCOM的系统小干扰模型. 基于含STATCOM的系统状态方程,本文设计了用于STATCOM阻尼控制器及PSS参数协调设计的数学模型.该数学模型将增强系统小干扰稳定性的问题转化为一个求极小值的优化问题,且能够考虑多种运行方式,优化结果对运行方式的变化具有鲁棒性.为求解该优化问题,本文提出了修正的单纯形-模拟退火算法.相对常规单纯形法,修正的单纯形法对初始单纯形及迭代过程中的反射和延伸公式作了修正以直接考虑待优化变量的约束.所提算法将修正的单纯形法搜寻机理嵌入到模拟退火算法的基本思想中,具有局部收敛快、全局搜索能力强的优点. 最后,本文在新英格兰测试电力系统中上进行了算例研究,验证了应用修正的单纯形-模拟退火算法协调设计STATCOM阻尼控制器及PSS参数的有效性及其潜在应用价值.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1电力系统稳定性的定义和研究现状

1.1.1电力系统电压稳定性的研究现状

1.1.2电力系统小干扰稳定性的研究现状

1.2 FACTS及FACTS阻尼控制器的基本概念

1.2.1 FACTS元件的定义及分类

1.2.2 FACTS阻尼控制器的基本概念

1.3协调优化阻尼控制器参数的研究现状

1.4本文的主要工作

第二章考虑STATCOM有功损耗的潮流算法

2.1含STATCOM的多机电力系统

2.2 STATCOM实现电压控制的工作原理

2.3考虑STATCOM有功损耗的潮流算法

2.3.1常规潮流法

2.3.2考虑STATCOM有功损耗的潮流算法

2.4本章小结

第三章含STATCOM的系统小干扰模型

3.1传统的系统主要元件的数学模型

3.1.1同步发电机方程

3.1.2励磁系统方程

3.1.3电力系统稳定器方程

3.1.4负荷的静态特性模型

3.1.5网络方程

3.1.6机网接口坐标变换方程

3.2只含发电机的系统小干扰模型

3.2.1矩阵形式的发电机方程

3.2.2矩阵形式的负荷方程

3.2.3系统小干扰模型

3.3 STATCOM动态模型及采用的控制器模型

3.4含STATCOM的系统小干扰模型

3.4.1 STATCOM节点的输出方程

3.4.2发电机节点的状态方程

3.4.3 STATCOM节点的状态方程

3.5本章小结

第四章应用单纯形-模拟退火算法协调设计STATCOM阻尼控制器及PSS参数

4.1协调优化阻尼控制器参数的研究现状

4.2协调优化STATCOM阻尼控制器及PSS参数的数学模型

4.3修正的单纯形-模拟退火法

4.3.1修正的单纯形法

4.3.2模拟退火法

4.3.3修正的单纯形-模拟退火法

4.4本章小结

第五章算例研究

5.1考虑STATCOM有功损耗的潮流计算

5.2协调设计STATCOM阻尼控制器及PSS参数

5.3修正的单纯形-模拟退火算法的收敛性分析

5.4本章小结

第六章总结全文

参考文献

附录

发表论文和科研情况说明

致谢