PSS在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性中的應用仿真開題報告

1、-、選題的目的及研究意義電力系統(tǒng)的發(fā)展，互聯(lián)電力網(wǎng)絡(luò)變得越來越大。如此的發(fā)展趨勢在給電力系統(tǒng)以巨大的 技術(shù)和經(jīng)濟效益的同時，也使得穩(wěn)定性破壞事故所波及的范圍更加廣泛，電力市場的日益開 放會使運行方式更加靈活多變，對穩(wěn)定性的實時性判斷要求更高。與此同時，由于受到環(huán)境 和經(jīng)濟等因素的制約，區(qū)域間聯(lián)網(wǎng)和遠距離大容量輸電系統(tǒng)的不斷出現(xiàn)，系統(tǒng)運行更加接近 極限狀態(tài)，這使得電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題日趨嚴重，電力系統(tǒng)一旦失去穩(wěn)定，往往造成大范 圍、較長時間停電，在最嚴重的情況下，則可能使電力系統(tǒng)崩潰和瓦解，因此，準確、快速 地分析電力系統(tǒng)在擾動下的穩(wěn)定性行為，必要時采取適當?shù)目刂拼胧?，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的 要求，是

2、電力系統(tǒng)設(shè)計及運行人員最重要也是最復雜的任務之一。從技術(shù)和安全上考慮直接進行電力試驗可能性很小，迫切要求運用電力仿真來解決這些 問題依據(jù)電網(wǎng)用電供電系統(tǒng)電路模型要求。因此，利用MATLAB的動態(tài)仿真軟件Simulink搭 建了單機一無窮大電力系統(tǒng)的仿真模型，能夠滿足電網(wǎng)在其可能遇到的多種故障方面運行的 需要。二、綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法及應用領(lǐng)域等實際上，如何保證和提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是從多個方面進行考慮的。在系統(tǒng)規(guī)劃階段 應合理選擇發(fā)電廠廠址，采用合理的輸電方案以及配置相應的保護和自動裝置等。在運行管 理方面，控制中心對運行方式的良好安排也有助于保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)

3、定運行。當系統(tǒng)遭 受擾動后，施加控制是改善和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性最經(jīng)濟有效的方法之一，而嚴重故障后的 緊急控制措施可將由于安全性破壞而對系統(tǒng)造成的影響減小到最低程度。目前暫態(tài)穩(wěn)定分析的基本方法可分為兩類：數(shù)值解法和直接法。數(shù)值解法（時域仿真法）是暫態(tài)穩(wěn)定分析基本方法，它以穩(wěn)態(tài)工況或潮流解為初值，對 上述方程組聯(lián)立求解或交替求解，逐步求得狀態(tài)量和代數(shù)量，并根據(jù)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子搖擺曲線 來判定系統(tǒng)在擾動下能否保持同步。目前時域仿真法主要采用的數(shù)值計算方法包括顯式積分法和隱式積分法。前者包括歐拉 法、龍格一庫塔法和線形多步法等。后者包括改進的歐拉法和隱式積分法。歐拉法的精度低， 數(shù)值穩(wěn)定性較差，一般適用于

4、簡單模型和較短的暫態(tài)持續(xù)時間。龍格一庫塔法擬合了泰勒 級數(shù)的高階項，具有比較高的精度，數(shù)值穩(wěn)定性好。它的缺點是計算量大，計算速度慢。線 形多步法精度高，運算量比龍格一庫塔法小，但計算結(jié)果受初始值的影響較大，需要選擇適 當?shù)钠鸩剿惴▉肀ＷC其精度。改進的歐拉法用隱式積分校正歐拉法的結(jié)果，精度比歐拉法有 所提高。隱式梯形積分法在聯(lián)立求解微分一代數(shù)方程時可以消除交接誤差，具有較好的數(shù)值 穩(wěn)定性，可以采用較大的步長。雖然時域仿真法可以考慮電機的詳細模型，而且能夠得到足 夠準確的結(jié)果，但是隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，時域仿真法的計算量將很大，計算速度不能滿足 在線監(jiān)測和控制的要求，并且其不能定量給出系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度

5、。所以對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定研 究致力于尋找一種快速、準確、實用的暫態(tài)分析算法。我國電力科學界對穩(wěn)定分析的直接法 與快速算法的研究大致始于80年代，其中最早發(fā)表的一篇是夏道止與Heydt等人關(guān)于分解- 聚合法在線穩(wěn)定的研究。隨后有電力部電力科學研究院傅書遇等人關(guān)于PEBS法的研究：清 華大學倪以信與美國Fouad等人對UEP法的直流輸電模型與勵磁系統(tǒng)模型的研究：1988年 我國學者南京電力自動化研究院薛禹勝與比利時 Pavella教授等人提出了擴展等面積法 （EEAC法），將多機系統(tǒng)變成等值兩機系統(tǒng)，利用等面積準則和泰勒展開式導出臨界切除時 間和穩(wěn)定裕度的解析式，根據(jù)這一解析在注入空間定義穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定

6、域，推算聯(lián)絡(luò)潮流的穩(wěn)定極 限。近年來該法經(jīng)不斷完善，已擴展到動態(tài)EEAC法，使得計算精度大大提高。到了 90年 代，直接法與快速算法的研究尤為活躍，如哈爾濱工業(yè)大學郭志忠，柳焯等人用高階Taylor 級數(shù)研究快速暫穩(wěn)計算問題,上海交通大學劉笙等人關(guān)于PEBS法復雜模型的研究，東北電力 學院蔡澤祥和清華大學倪以信等人關(guān)于快關(guān)氣門、電氣制動和切機問題的研究等，都使得直 接發(fā)在線穩(wěn)定分析的研究進一步走向?qū)嵱没?。此外，關(guān)于應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、災變理論和熵 網(wǎng)絡(luò)理論的研究也有不少論文發(fā)表。李雅普諾夫穩(wěn)定性理論在1892年提出的，它是從一個古典力學的概念發(fā)展而來。1947 年美國學者Magnusson提出將

7、其應用于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析領(lǐng)域當中。1958年，Aylett 提出了用于多機系統(tǒng)的能量積分準則。1966 年, Gless和E1-Abiad等人又提出了不計電網(wǎng)中 轉(zhuǎn)移電導的李雅普諾夫函數(shù)。自上世紀70年代后，用李雅普諾夫法研究直接法穩(wěn)定分析得 文章逐漸增多，初期的研究只要集中于用不同的方法建立運用于電力系統(tǒng)的李雅普諾夫函數(shù) （V函數(shù)）和如何求不穩(wěn)定平衡點（UEP）的方法，但是早期研究未計入故障地點和轉(zhuǎn)移電 導的作用，所以計算結(jié)果偏于保守。1978年日本學者Kakimoto等人首次提出了勢能界面法（PEBS）法，直接利用持續(xù)的故 障軌跡求取臨界勢能，從而求取臨界切除時間CCT，省去了求UEP

8、的麻煩，使得速度大大加 快。1979年Athay等人提出的能量函數(shù)第一次計入了故障地點和轉(zhuǎn)移電導的作用，使得能量 函數(shù)法在客服保守性方面邁出了重要的第一步。20世紀80年代以后，Michel等人提出了單機能量法。Fouad等人在動能修正、能量裕度 以及求解相關(guān)UEP等方面作了大量研究工作進一步豐富和發(fā)展了暫態(tài)能量函數(shù)法的理論和 方法。Padiyar等人給出了能夠計入詳細發(fā)電機，模型和復合模型的拓撲能量函數(shù)。1988年 Chiang和Zaborsky等人提出了穩(wěn)定域的概念，對勢能界面法進行了理論分析，并提出了使 勢能界面法計算準確的條件。1991年Chiang等人在其穩(wěn)定域理論的基礎(chǔ)上，又提出了

9、 BCU 法（將UEP法和PEBS法結(jié)合起來的方法），是UEP法的實用化又進了一步。本文采用了 Matlab 軟件對電力系統(tǒng)穩(wěn)定進行了仿真分析，運行于Simulink下的PSB（Power System Blockset）是針 對電力系統(tǒng)的工具箱，從Matlab6.0開始它被重新命名為SPS（SimPowerSystems）該工具箱的 研究領(lǐng)域是用微分方程刻畫的電力系統(tǒng)動態(tài)過程，如電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)分析以及電力電子 設(shè)備的仿真。MATLAB SPS提供了豐富的電力及電氣系統(tǒng)元件模型，可以快速地組建仿真模型, 從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)的仿真計算，效率高并且靈活方便。三、對本課題將要解決的主要問題及解決問

10、題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術(shù)路線） 或 設(shè)計（實驗）方案進行說明目前電力系統(tǒng)普遍采用在勵磁調(diào)節(jié)器上附加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的附加勵磁控制方案。 它能有效地增強發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的阻尼，抑制低頻振蕩的發(fā)生，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性 的最經(jīng)濟和最有效的的措施。因為很多因素導致電力系統(tǒng)的動態(tài)仿真研究將不能在實驗室進行的電力系統(tǒng)運行模擬得 以實現(xiàn)。所以可以首先在計算機上進行動態(tài)仿真研究來判斷其設(shè)計的可行性，它的突出優(yōu)點 是可行、簡便、經(jīng)濟。并且Matlab電力系統(tǒng)工具箱中包含有很多豐富的模塊，所以使用起 來更加的靈活方便。MATLAB SPS提供了豐富的電力及電氣系統(tǒng)元件模型在Simulink運

11、行 環(huán)境下，用戶只需應用鼠標拖放的方式將所需電氣元件的模塊添加到模型編輯窗口，并將它 們連接起來，就可以快速地組建仿真模型，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)的仿真計算，用SPS提供的模塊 構(gòu)建一個單臺發(fā)電機經(jīng)過線路與無窮大功率母線相連的簡單電力系統(tǒng)，即單機一無窮大系 統(tǒng)的Simulink仿真模型.本設(shè)計在分析低頻振蕩的產(chǎn)生機理及發(fā)電機附加勵磁控制對低頻振蕩的抑制原理的基礎(chǔ) 上，通過對一個典型的單機一無窮大系統(tǒng)在不同擾動方式下的動態(tài)過程仿真，研究附加勵磁 控制（PSS）對電力系統(tǒng)低頻振蕩及動態(tài)穩(wěn)定性的影響。吳天明.MATLAB電力系統(tǒng)設(shè)計與分析M.國防工業(yè)出版社,2007孟祥忠王博.電力系統(tǒng)自動化M.北京：北京

12、大學出版社，2006劉笙.電氣工程基礎(chǔ)M.北京：科學出版社,2002文峰.現(xiàn)代發(fā)電廠概論M.北京：中國電力出版社,1999黃益莊.變電站綜合自動化技術(shù)M.北京：中國電力出版社,2001于永源.電力系統(tǒng)分析M.北京：中國電力出版社,2007馬永翔.高電壓技術(shù)M.北京：北京大學出版社,2009馬永翔王世榮.電力系統(tǒng)繼電保護M.北京：北京大學出版社,2006陳德樹.計算機繼電保護原理與技術(shù)M.北京：中國水利水電出版社,2000陳慶紅.變電運行M.北京：中國電力出版社,2005劉同娟，郭鍵，劉軍.MATLAB建模仿真及應用M.北京：中國電力出版社，2009電力工業(yè)部西北電力設(shè)計院.電氣工程設(shè)計手冊電氣一次部分M.北京：中國電力出版 社，1998RobertH.Miller,PowerSystemOperation,McGraw-HillBookCompany M,NewYork.1983Ata.Elahi.Nerwork Communicationas TechnologyM北京：科學出版社，2001Naildu MS. etal. Hing-