具有通信受限的广域电力系统控制研究

摘要

电网的区域互联可以优化资源的配置、增强供电可靠性，是我国电力系统未来的发展趋势，但同样也使得整个电网的结构越来越复杂，系统的运行控制难度逐步增加。在互联电网中，一个小的故障便可能引发大范围电力系统事故，造成不可估量的损失。因此，在高速发展电力系统的同时，需同步提升整个电网的安全监控水平。运用了相量测量技术和GPS精确授时功能的广域测量系统(WAMS)，能够实时地对整个电网进行监测，有效弥补传统方法在系统动态行为监测方面的不足，为互联电网的安全稳定运行提供良好的条件。然而，WAMS对于电力通信网络的要求很高，时滞、丢包、通信受限等信息传输问题，都可能严重影响电力系统的控制效果。因此，如何克服这类问题带来的影响，设计有效的控制策略，是一个值得研究的问题。 本文主要针对广域电力系统控制中的通信受限问题，分别从集中式控制和分布式控制的角度研究，具体内容如下: 第一，分析几种电力系统常用的数学模型。为降低计算复杂度，又不失一般性，本文选取了实用三阶模型，并在该模型的基础上，推导出了三阶关联模型，然后采用直接反馈线性化(DFL)方法将其简化，得到了电力系统的分布式模型。 第二，针对基于WAMS的电力系统集中式控制，研究广域测量信息的通信受限问题。首先引入通信序列用于描述通信受限，从而将电力系统建模成一个切换系统，进而采用切换系统方法和Lyapunov稳定性理论对系统进行分析，给出了系统稳定化控制器的设计方法，最后通过Matlab/Simulink软件中的Sim Power System工具箱对四机两区域系统仿真，验证了所提方法的有效性。 第三，针对电力系统分布式控制，研究子系统间信息交互存在的通信受限问题。首先从合作控制的角度提出了系统的最优化性能指标，然后采用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法设计系统的分布式模型预测控制(DMPC)算法，最后，通过WSCC九节点电力系统的Matlab仿真验证了所提方法的有效性。 第四，对本文的研究工作进行了总结，并提出了一些有待进一步研究的问题。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 课题的研究现状

1．2．1 WAMS研究

1．2．2 具有通信约束的WAMS研究

1．2．3 广域电力系统分布式控制

1．3 论文的主要内容和结构

第2章 广域电力系统的数学模型

2．1 同步发电机的数学模型

2．2 广域电力系统的分布式模型

2．2．1 分布式关联模型

2．2．2 电力系统分布式模型

2．3 本章小结

第3章 具有通信受限的广域测量系统稳定性分析

3．1 具有通信受限的广域电力系统模型

3．2 具有通信受限的稳定化控制器设计

3．3 算例分析

3．3．1 仿真系统模型及参数

3．3．2 单台电机发生通信受限仿真

3．3．3 多台电机发生通信受限仿真

3．4 本章小结

第4章 通信受限广域电力系统的分布式模型预测控制

4．1 具有通信受限的广域电力系统分布式模型

4．2 DMPC算法设计

4．2．1 系统性能指标

4．2．2 DMPC算法设计

4．3 算例分析

4．3．1 系统模型及参数

4．3．2 仿真分析

4．6 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

攻读学位期间科研成果