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利用UPFC提高电力系统阻尼的研究

黄方能  
【摘要】: 现代电力系统迅速发展,以大机组、超高压、长距离、重负荷为特点,是一个典型的强非线性、高维、动态大系统。随着大型电力系统的互联以及各种新设备的使用,在使发电、输电更经济、高效的同时也增加了电力系统的规模和复杂性,再加上快速励磁系统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。由于输电走廊的饱和及电网公司的商业化运作,依靠建设新输电线路来增加输送容量将会越来越困难,因此低频振荡现象成为大型互联电网安全运行的重要问题。而通过采用新型FACTS装置来改善系统运行工况,提高线路输送容量是一个现实且理想的选择。本文针对利用UPFC(统一潮流控制器)阻尼系统振荡这一问题,对UPFC的数学建模,其稳定控制器的设计与优化,以及提高稳定控制器的适应性等方面进行了研究。主要成果归纳如下: 建立UPFC的小扰动模型。电力系统低频振荡问题属于小扰动稳定性的研究范畴,UPFC的数学建模必须要满足小扰动分析的要求,还应同时考虑计算时间及计算精度两个方面。本文推导出一个适用于小扰动分析的UPFC模型,此模型简明精确并包括控制系统及稳定控制器。因为低频振荡是一个全局性的问题,因此该数学模型经过模块化处理,使其便于和系统无缝连接。 设计UPFC稳定控制器,将系统特征值与发电机转矩系数相结合,对振荡模式进行分析。利用现代控制理论建立包括UPFC的全系统状态方程,同时利用经典控制理论中的频域法设计UPFC稳定控制器,巧妙利用两种控制理论的内在联系指导UPFC稳定控制器的设计,同时基于全系统状态方程,分析稳定控制器的最佳安装位置及理想的阻尼信号,使稳定控制器充分发挥其功能。 提出“转矩面积”的概念,并优化UPFC稳定控制器。稳定控制器投入运行的一个问题是可能会恶化系统同步转矩,转矩面积则同时考虑阻尼转矩系数及同步转矩系数两个因素。利用转矩面积优化设计稳定控制器,可以确保系统同时具有足够大的同步转矩和阻尼转矩。首先利用STATCOM(UPFC简化运行方式)-单机系统推导和验证转矩面积概念,然后在4机系统中利用转矩面积优化UPFC稳定控制器,取得了预期效果。 把智能软计算方法应用于UPFC稳定控制器的设计,提高其自适应程度。综合模糊理论和线性理论的优点,设计基于模糊理论的UPFC线性稳定控制器。建立系统运行方式库,利用模糊推理规则优化组合线性稳定控制器,使得稳定控制器的鲁棒性明显增强,最后对一个曾发生低频振荡的系统进行仿真计算,模糊UPFC线性稳定控制器的效果令人满意。


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