广域电力系统的分布式模型预测控制

摘要

随着电力系统规模的扩大，电网逐渐实现跨区域互联，其结构和动态行为日益复杂，电网的安全稳定性问题受到了高度关注。传统的SCADA系统侧重于系统稳态运行情况的监测，但是无法对系统的动态行为进行有效的监测，广域测量系统的出现和发展为电力系统运行的监控、稳定分析和控制提供了新契机。广域测量系统是基于同步相量测量和现代通信技术，为电力系统实时控制和运行服务的系统，能够对地域分布广阔的电力系统运行状态进行监测和分析，在电力系统中具有广阔的应用前景。 然而，电网互联和广域测量系统的应用在为电力系统发展带来好处的同时，也带来了许多新的问题和困难，例如系统采集的数据量大、通信网络中数据传输频繁和广域测量信号远距离传输时延等。针对基于广域测量系统的广域电力系统中存在的这些问题，虽然已有一些研究成果，但仍有许多关键问题尚未解决。特别的，针对具有量化误差的广域电力系统，如何设计稳定化的鲁棒分布式控制器？针对具有远距离测量状态时滞的广域电力系统，如何设计其分布式时滞控制器？本文针对具有量化和时滞的广域电力系统，利用Lyapunov稳定性定理和线性矩阵不等式(LMI)技术，研究了分布式模型预测控制器设计问题。本文的主要工作如下: 1.研究了电力系统中同步电机的建模问题，介绍了比较实用的三种电机模型。针对广域电力系统具有规模大、动态模型复杂、地域分布广泛等特点，分析了系统结构，给出了系统的分布式模型。 2.针对广域系统中存在的数据量大以及数据传输频繁等问题，在系统中引入对数量化器对采集的数据进行量化，从而减小数据包长度以降低数据的传输量，避免引起通信网络拥塞。然后得到具有量化误差不确定性的电力系统分布式模型，设计了基于量化的鲁棒分布式控制器。 3.针对具有状态时延的广域电力系统，建立了具有时滞的电力系统分布式模型，提出稳定化分布式控制器设计方法，利用Lyapunov稳定性理论和LMI技术设计了具有状态时滞的广域电力系统的分布式模型预测控制算法，并采用在线滚动迭代方法求解分布式控制器。最后，在四机两区域电力系统上进行了仿真研究，验证了算法的有效性和可行性。 4.对全文进行了总结，并对有待进一步研究的问题进行了展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 广域电力系统

1．3 研究现状

1．3．1 电力系统集中式控制

1．3．2 电力系统分散控制

1．3．3 电力系统分布式控制

1．4 本文的主要工作

第2章 广域电力系统模型

2．1 引言

2．2 同步发电机模型

2．3 广域电力系统分布式模型

2．4 本章小结

第3章 具有量化的广域电力系统分布式控制

3．1 引言

3．2 问题描述

3．3 鲁棒分布式控制器设计

3．4 仿真研究

3．5 本章小结

第4章 具有时滞的广域电力系统分布式控制

4．1 引言

4．2 问题描述

4．3 分布式控制器设计

4．4 仿真算例

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果