基于降阶模型的区域电网电压预测控制算法研究

摘要

区域电网电压安全稳定控制一直是确保电力系统安全稳定运行的重要研究内容。通常,区域电网电压控制多是分层控制模式,即由一级电压控制(低层控制)、二级电压控制(区域控制)和三级电压控制(全局控制)递阶实现。区域电网实际应用较多的二级电压控制方法,大都是基于潮流约束的控制模式,较少考虑系统的动态模型。本文考虑系统的动态模型,将模型预测控制方法应用到区域电网二级电压中,以更好地提高区域电网的全局动态稳定性能,主要的研究工作如下:
　　首先,针对区域电网分层电压控制模式,建立了分层的非线性电力系统数学模型,其中包括了低层非线性电力系统(一级电压控制)数学模型和电压预测控制层(二级电压控制)的数学模型。其次,通过模拟 WAMS系统采集低层电力系统的状态变量,并利用电压预测控制层数学模型和预测控制理论,形成区域电网电压多步预测控制的优化问题,它是以系统的输出与其参考值的偏差量最小作为优化目标,以系统的非线性预测方程等作为等约束条件,以系统状态变量和控制输入等作为不等约束的区域电网电压预测控制的优化问题,优化控制变量是低层主导节点的参考电压;然后,利用电压预测控制层优化出来的电压参考值,发送给低层非线性电力系统,从而完成了分层区域电网电压预测控制,并对四机电力系统进行了仿真,通过与未进行分层控制的区域电网控制进行比较,验证了该算法的有效性;最后,鉴于区域电网的高阶动态模型会影响预测控制的在线计算速度,研究了基于降阶模型的区域电网电压预测控制算法,该算法是对预测控制层的高阶非线性动态模型进行平衡降阶之后,实现的一种多步预测、考虑系统状态和输入约束、缩短优化计算时间的非线性预测控制方法。
　　本文利用跟踪轨迹内点法求解上述预测控制优化问题,且在MATLAB中编程实现以上算法,并针对IEEE测试系统进行了仿真。通过与不加分层预测控制的控制效果进行比较,验证了该算法的有效性。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 课题研究现状

1.3 课题研究的思路

1.4 本文所做的工作

第2章 区域电网非线性动态模型

2.1 发电机组的数学模型

2.2 输电线路的数学模型

2.3 变压器的数学模型

2.4 静止无功补偿器的数学模型

2.5 负荷的数学模型

2.6 区域电网非线性动态模型的建立

2.7 区域电网非线性动态模型的仿真

2.8 本章小结

第3章 经验Gramian模型降阶方法研究

3.1 模型降阶基本原理

3.2 高阶非线性动态模型的平衡降阶

3.3 模型降阶仿真

3.4 本章小结

第4章 基于降阶模型的区域电网电压预测控制

4.1 区域电网电压预测控制模型

4.2 模型预测控制数值计算方法

4.3 区域电网模型电压预测控制仿真分析

4.4 基于降阶模型的区域电网电压预测控制

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要工作

5.2 下一步研究的方向和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢