随着区域电网的互联,系统低频振荡成为电力系统运行和规划中需要考虑的的重要问题。电力系统稳定器(PSS)的应用,在抑制低频振荡方面取得了明显的效果。 电力系统是一个典型的非线性系统。即使安装了PSS控制器,系统也有可能出现非线性振荡。例如我国东北、华北电网都出现过机理不明的低频振荡,许多专家学者均认为这是由于电力系统非线性引起的。 通过对系统大干扰后的振荡机理的研究,发现在系统时域响应中不仅存在基本机电振荡模式,而且还存在高阶振荡模式。由于小信号稳定性分析忽略了系统状态方程泰勒级数高阶项,所以该方法不能充分反映系统振荡的非线性性质,因此基于小信号分析设计的PSS有时不能有效的阻尼系统大扰动后的振荡。 轨迹灵敏度主要用于研究系统的动态响应对某些参数或初始条件的依赖性。该理论开始引起电力系统研究者的关注,逐渐成为电力系统分析的新工具。暂态稳定性研究传统上是先使用时域仿真得到系统的运动轨迹,再根据经验判断得出稳定性结论。运动轨迹本身缺乏对稳定性的定量度量。由于轨迹灵敏度理论适合于精细地刻画动力系统的状态变量对参数的依赖性,因此与仿真程序相结合可以给出稳定性控制的指导性原则。 本文提出了一种基于时域仿真的PSS设计方法。该方法利用时域仿真算法能够考虑电力系统非线性特性的能力,将灵敏度分析与优化方法结合设计PSS参数。以发电机转子角速度为优化的目标函数,采用轨迹灵敏度仿真得到目标函数的梯度信息,然后应用共轭梯度优化技术优化多个PSS参数。由于目标函数考虑了电力系统大扰动的特征,所以该方法不仅可以抑制小扰动引起的自发性振荡,而且可有效地阻尼大扰动引起的系统振荡,提高系统的暂态稳定性。本文在单机无穷大系统、三机九节点系统、四机十一母线系统和新英格兰系统四个典型系统上对提出的PSS参数优化方法进行了仿真测试,仿真结果表明了使用该方法的实用性和有效性。