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随着电力系统规模的不断扩大以及运行方式的复杂多变,低频振荡问题日益突出,已经严重威胁到了电力系统的安全稳定运行,成为阻碍区域间功率交换的一个重要因素,因此研究大规模电力系统低频振荡的阻尼特性及其协调抑制具有重要的现实意义。论文在模态分析的基础上,对低频振荡的阻尼特性、模型辨识以及协调抑制进行了深入研究。
为了更好地进行阻尼控制,利用特征分析法分析了电力系统的阻尼特性以及加入控制器后系统阻尼的传递规律。为了克服系统的“维数灾”问题,采用复转矩系数法,推导了调节系统的等值阻尼系数,将发电机模型等值为经典二阶模型,并结合振动理论中的模态分析法和电力系统的特点,提出了机电模式特征根的快速计算方法,分析了均匀阻尼电力系统的性质,为低频振荡协调阻尼控制目标的确定奠定了基础。
基于均匀阻尼思想和系统的线性化数学模型,确定了电力系统低频振荡的协调阻尼控制目标,基于广泛应用的PSS,通过协调PSS参数实现了系统的协调阻尼控制。除此之外,提出利用区域极点配置法协调设计低频振荡阻尼控制器,将系统的特征根配置在左复平面的竖直带状区域内,以实现系统的协调阻尼控制。上述方法为下一步基于辨识模型的分散阻尼控制器的设计提供了有效手段。
提出了在线辨识低频振荡特征和模型的改进多信号Prony算法。该算法解决了利用不同发电机信号辨识的低频振荡特征结果不同而难于取舍的问题,克服了大规模电力系统的“维数灾”以及电力电子器件和负荷难以用精确数学模型描述的问题。此外,该算法节省了辨识的时间,且辨识出的模型更加接近系统的实际运行状态,可以为低频振荡的在线协调抑制提供数学模型。
提出了基于在线辨识模型和均匀阻尼思想的分散控制器协调设计方法。该方法使控制器能够适应系统运行方式的变化,且避免了控制器对其它模式产生负面作用。首先在系统阻尼评估的基础上确定控制目标,然后分别采用遗传算法协调多频段PSS参数以及通过区域极点配置法设计阻尼控制器,以实现电力系统低频振荡的分散协调控制,为低频振荡的协调阻尼控制提供了新的思路。