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基于轨迹灵敏度技术的电力系统模型预测紧急电压控制研究

刘水平  
【摘要】:在系统遭受扰动后,如何实施紧急电压控制来有效地阻止系统发生电压崩溃或系统瓦解是电力系统安全稳定运行的一道重要防线。本文针对长期电压稳定场景,以准稳态模型为基础,结合混合系统轨迹灵敏度技术,分别将集中式和分布式模型预测控制引入紧急电压控制领域,并最终实现模型预测紧急电压控制系统的在线应用。 本文建立了全系统的集中式模型预测紧急电压控制模型。以负荷节点电压偏差量最小,从单一的切负荷作为控制实施代价,到综合考虑各种稳定电压的控制手段,如调节发电机AVR设定值、投切无功电源、调节有载调压变压器的分接头和切除部分负荷,使付出的控制成本最小,以两者的加权作为目标函数,建立含连续-离散变量的微分-代数方程作为约束的全系统集中式模型紧急电压控制模型,以增强系统的电压稳定性。采用轨迹灵敏度技术和准稳态仿真技术,求取状态变量和代数变量相对于控制变量的轨迹灵敏度,从而将集中式模型预测电压控制模型简化,提高滚动优化问题求解的效率。 本文还提出了基于信息交换的分布式模型预测紧急电压控制模型和协同分布式模型预测紧急电压控制模型。基于信息交换的分布式模型预测紧急电压控制模型将电力系统分成若干个子区域,区域间通过分解协调技术处理其边界问题,将系统模型和控制器分解。每个区域建立MPC滚动优化问题,在网络通信下实现各区域间信息交换,协调求解全系统的纳什最优解。协同分布式模型预测电压控制模型在基于信息交换的分布式模型预测控制的基础上,以所有子区域目标函数的凸组合来构建全局目标代价函数,利用轨迹灵敏度技术与网络通信交换信息将目标代价函数转化成与本区域控制变量有关的二次函数,从而可避免各子区域之间目标优化可能存在的冲突。两种分布式预测控制模型将一个大规模集中优化问题分散到若干个子区域中去求解,从而降低了问题的规模和复杂性。 模型预测控制无需精确的系统数学模型,能有效处理多变量及约束问题,这些优势在电力系统电压稳定中的应用具有较好的适用性,同时利用轨迹灵敏度技术将非线性优化问题化简为二次规划问题,提高了优化效率。与传统的最优协调电压控制相比,仿真算例表明本文所提方法能有效地增强系统电压的稳定性,并提高了模型预测控制算法的实用性。


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