（电力系统及其自动化专业论文）tcsc装置安装地点的选择及其控制策略的研究.pdf

a b s tr a c t f l e x i b l ea ct r a n s m i s s i o ns y s t e m s ( f a c t s ) i san o v e lt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y w h i c hi sb e i n gr e c e n t l yd e v e l o p e da th o m ea n da b r o a d f a c t sa c t u a l i z e st h ef l e x i b l - ec o n t r o lo f a ct r a n m i s s i o ns y s t e m st h r o u g ha d o p t i n gt h en e w e s ta c h i e v e m e n to f e - l e c t r o nt e c h n o l o g ya n dm o d e mc o n t r o lt e c h n o l o g y f a c t st e c h n o l o g yp r o v i d e sal i e - we f f e c t i v es c h e m ef o rs t a b i l i t yo f p o w e rs y s t e m a tp r e s e n t ，t h er e s e a r c ho f t h i sa s p e c ti n c l u d e s ；f i x i n gl o c a t i o no f f a c t se q u i p m e n t si ns y s t e m ；i n f l u e n c eo f t h ep a r a m e t e ra n dc o n t r o lr e g u l a t i o nf o rt h ed y n a m i cb e h a v i o ri ns y s t e m ；a l lk i n d so f n e wc o n t r o ls t r a t e g i e s ，i n c l u d i n gh a r m o n ya m o n gf a c t se q u i p m e n te t c t h i sp a p e rm a i n l ys t u d ya n d a n a l y z et c s c ( t h y r i s t o rc o n t r o l l e ds e r i e sc a p a c i t - o r ) t ow h i c hm u c ha t t e n t i o ni sra i di np o w e rs y s t e m s a c c o r d i n gt oc h a r a c t e r i s t i c so f t c s ca n dr e s e a r c h i n ga c h i e v e m e n t so f f o r m e rr e s e a r c h e r s ，t h em a t h e m a t i c a lm o l d e l o f t c s ci sp r e s e n t e d i nw h i c ht os o l v et h eq u e s t i o no f f i x i n gl o c a t i o no f f a c t se q - u i p m e n t s ，f u z z yt o p s i sm e t h o di sa p p l i e d b a s e do nt h es i m u l a t i o no f i n t e l l i g e n td e c i s i o na n de x p e r te x p e r i e n c e , t h ei n f o r m a t i o np r o b l e m 、v i t ht r a i t so f i m p e r f e c t n e s s i - nd e t e r m i n a t i o na n di n a c c u r a c yi st r e a t e de f f e c t i v e l y 1 1 1 et r a n s f o r ma t i o no f t h em u l t i c r i t e r i ag r o u pq u e s t i o nt of u z z ym u l t i c r i t e r i ap r o b l e mm a k e st h ec a l c u l a t i o nr e l a t i v e - l ys i m p l ea n d a r i t h m e t i cf o r mc a nb eu s e dt od e s c r i b et h ep e r f o r m a n c eo f s e l e c t e dp l - a i l t h i sa r t i c l er e v i o w e dt c s cc o n t r o l l a ww h i c ht a k e st h el o c a lo b s e r v a b l ev a r i a b l ea st h ec o n t r o ls i g n a la n dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f t h ec o n t r o ls t r a t e g i e s i si n d i c a t e d n l ec o n t r o ls t r a t e g yi si m p r o v e du s i n gt h et r a n s i e n te n e r g yf u n c t i o n w h - i c hh a sb e e na p p l i e di nt h es i n g l em a c h i n ei n f i n i t eb u ss y s t e m t h et r a n s i e n ts t a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c sc a nb ee f f e c t i v e l yi m p r o v e da n dt h es u b s e q u e n to s c i l l a t i o nc a l lb eq u i c k l yd a m p e d k e yw o r d s ：f u z z yt o p s i sm e t h o d ；f l e x i b l ea c t r a n s m i s s i o n s y s t e m s ；t h y r i s - t o rc o n t r o l l e ds e r i e sc a p a c i t o r i i 论文原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。 文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法 律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申 请的论文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担以下责任和后果： 1 交回学校授予的学位证书； 2 学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报： 3 本人按照学校规定的方式，对因不当取得学位给学校造成的名誉损害， 进行公开道歉； 4 本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷。 j 一 论文作者签名：r 暨缢日期：2 生丝年三l 月2 童- 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属东北电 力大学。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为东北电力大学。 论文作者签名： 导师签名： 日飙丑年l 月上生日 日期：迦1 2 年二l 月二目 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的背景 1 1 1 柔性交流输电( f a c t s ) 技术 柔性交流输电系统( f l e x i b l ea c t r a n s m i s s i o ns y s t e m s ，简称f a c t s ) 是近年来 国内外着手研究的一种新型输电技术，它旨在应用电力电子技术的最新成就以 及现代控制技术，实现对交流系统从潮流到稳定的灵活控制【l 】。f a c t s 概念首 先由美国电力科学院n g h i n g o r a n i 博士于1 9 8 6 年提出【2 】。该概念提出后就立 即吸引和推动着各重要国家的电力科研院所、高等学校、电力公司和制造厂 家。或单独筹办、或相互协作，制定自己的研制计划和应用目标科技论文和研 究报告大量涌现，各重要国际学术组织( c m r e ，i e e e e p r i ，i e e 等) 皆成立委员 会和工作组开展工作，正式会议之间还相继召开地区性的专题国际会议交流和 促进发展。其良好的发展势头与现代电力系统的特点和要求是分不开的。 随着高科技的迅速发展和向各领域的交叉渗透，电力系统也有了新的发展 变化和要求： 1 起高压、远距离、大容量为了保证远距离输电系统的经济性，减少线路 损耗，电力系统的电压在不断提高。同时由于现代工业的发展，现代电网的 大电源与负荷的距离不断加大，长达数百公里和数千公里的远距离输电己不 罕见。大电机的单机容量及电站的装机容量在不断增加，在我国，单机容量 为6 0 万千瓦的机组已在很多新建电站中投入运行，正在建设中的三峡电站单 机容量达7 0 万千瓦，电站总容量达1 8 2 0 万千瓦。 2 电网结构复杂随着电力系统的不断发展，电网结构也越来越复杂，其 结构己由最初的简单结构向环网等复杂结构发展，甚至出现了高压和超高压电 磁环阿。为了保证供电可靠性，提高电能的利用率，各大电网己由过去的相互 独立向相互联网方向发展，电网之间的联网方式有交流联网、直流联网和交直 流联网等形式。多年来，随着电网结构的日益复杂、运行任务日益繁重、环保 要求严峻等原因，尤其在发达国家中产生了一系列困难凹： ( 1 ) 输电电网的可控性能很低( 和发电、配用电相比，其可控性是最低的) ， 在功率输送过程中常造成自由环流和不可控的联络线功率振荡等情况：此外， 还有大量输电受限制的“瓶颈”环节。大电网运行中的这一类痛疾已经长期折 磨着运行人员，并且在电网中造成大量电能损耗和被迫降低输送能力。 ( 2 ) 交流输电线需要经常投切，以改变电网结构或断开故障，但目前只能依 靠机械型断路器，其速度慢、维修量大，是形成暂态稳定严重化中的重要因 素，也是输电可控性低的主要原因。 ( 3 ) 由于负荷和电力市场的需求以及环境问题的严竣化，获得能多送电力的 新建输电线的走廊更加困难，已有输电线的负担日益加重，由于受制于暂态或 动态稳定的水平，输送能力不足的矛盾也随之日益显现，因此对提高输送能力 更有效的技术措施的需求也日益紧迫。 f a c t s 技术的提出，将会大大提高交流输电的可控性，适应电力系统的发 展和变化。 电力电子技术的飞速发展，为f a c t s 技术的发展创造了可依靠的支持条 件。电力电子技术是在半导体问世后才发展起来的。在初始阶段中，它是沿着 两个方向发展的：一是集成电路，发展成微电子技术，以信息处理为主要对象： 另一是大功率器件，发展成电力电子技术，以能量处理为主要对象。7 0 年代以 后，这两种技术又逐渐互相结合，形成新型全控型电力电子器件。8 0 年代中又 出现智能化功率集成电路使功率和信息的处理合一，从而促成了“第二次电子 革命”。直流输电在晶闸管被发明和应用后已有了巨大发展，随着其元部件、 冷却、结构、保护和控制技术的迸一步改进后，其应用范围得到进一步扩大。 电力电子技术在高压直流输电中积累的成功运行经验，为柔性交流输电系统的 提出和实旌提供了必要的技术条件。 f a c t s 技术的基石是可控硅，随着可控硅技术的进步和市场容量的扩张， 这些己被确认的控制器的成本将会下降，从长期来看，f a c t s 技术无论对制造 第1 章绪论 厂家还是电力工业界本身来说都能提供巨大的效益。在未来竞争激烈的商业环 境中，f a c t s 技术是必不可少的。 1 1 2 柔性交流输电系统稳定分析和控制的意义 现代电网的发展在提供巨大社会经济效益的同时，也带来了一系列运行及 技术上的难题，其中稳定问题最为突出。当一个大系统由于稳定问题而导致系 统瓦鳃时，所造成的经济损失和社会影响都是难以估计的，世界上一些大电力 公司如纽约、法国和东京等电力公司自六十年代以来，都相继发生过大停电事 故，给社会生产和居民生活带来了巨大的影响。我国地域广阔，资源分布不 均，煤炭资源主要产在内蒙和山西等西部省份，水力资源蕴藏在西南，而中国 消耗电力能源的区域主要集中在经济发达的东部沿海城市，随着区域互联电力 系统的形成，以火力燃煤发电和水力发电为主的联合电力系统能够经济合理地 利用水力和火力等资源，解决各地区间资源与负荷分布的不平衡，提高投资效 益、运行经济性和可靠性等。但是，由于我国在电力系统发展过程中，网络结 构薄弱，联系松散，没有足够的储备等，随着大规模联合电力系统的出现，系 统的结构和运行方式越来越复杂，特别是很多远距离大功率输电线路和系统间 弱联系的出现，增加了发生系统性事故和导致大面积箨电的几率。据有关部门 统计，我国某电网从1 9 8 1 年到1 9 8 7 年，总共发生了4 3 起电网事故，据分析 其中4 1 次是由于系统的暂态稳定问题而引起的。即使在国外，环保及时地使 用权等问题，也无足够的输电走廊可供选用，致使线路运行在越来越接近其稳 定边界，暂态稳定问题仍很严重。这就使得以提高电网的安全稳定运行为目的 的电力系统暂态稳定分析和控制，成为电力系统领域的经久不衰的研究课题。 电力系统稳定分析和控制在经历了中外学者几十年的研究和探索，已取得 了丰硕的成果。随着电力电子技术的发展，以电力电子技术和现代控制技术为 基础的f a c t s 技术因对系统暂态过程及事故后系统的的恢复具有快速灵活的调 节能力，对提高电力系统稳定水平具有十分重要的意义。它的发展给电力系统 的稳定分析和控制又带来了新的研究课题一如何在实际电力系统分析和计算中 模拟这些新型元件和控制系统的功能：如何在系统中加装f a c t s 元件：以及 东北电力大学硕七学位论文 f a c t s 元件之间如何协调等都有待进一步研究。因此无论是电力设计规划还是 电力运行调度部门，都需要对加装f a c t s 元件的电力系统进行稳定分析和研 究。 1 2f a c t s 元件最佳装设地点的研究现状 f a c t s 设备装设地点的选择不但与系统的结构以及需要达到的目的有关， 还与设备的作用原理和特性有关。 f a c t s 设备按控制系统参数可以分为3 类：( 1 ) 控制无功功率的装 置：s v c ( 静止无功补偿器) 、s t a t c o n 、s t a t c o m 或者a s v g ( 静止无功发生 器) ：( 2 ) 控制线路有功功率的装置：t c s c ( 可控串联补偿) 和t c p s ( 可控移相 器) ：( 3 ) 既可控制线路有功又可控制线路无功的装置u p f c ( 统一潮流控制器) 。 事实上，f a c t s 的最佳装设地点受控制目的的影响很大：不同控制目的， 采用同一f a c t s 装置，该装置的最佳装设地点不一定相同：同一控制目的，采 用不同的f a c t s 设备时，其最佳装设地点也是不一样的。提高输电线路的输送 能力是装设f a c t s 设备的一个重要作用，我们知道，输电线的输送能力往往因 受到系统的静态和暂态稳定的影响，而不能充分利用线路的最大输送功率从 系统静态和暂态稳定角度来研究f a c t s 最佳装设地点的问题获得了普遍关注， 下面就从不同的系统结构来阐述。 1 2 1 远距离输电系统 对于远距离输电系统，f a c t s 设备的装设地点是在远距离输电线上。e w k i m b a r k 指出在输电线路的中点装设并联电容器( 这被证明是最佳装设地 点) ，可使原未补偿线路的静态稳定极限从9 0 。提高到1 8 0 。1 4 】。文献f 5 j 用相位 图的方法，证明了在远距离辐射线路的中点装设s t a t c o m 和u p f c 效果最 好，可以使线路中点的电压维持在1 o p u ，从而使未补偿线路的传输极限功率 提高一倍。该结论仅具有一般的指导性。 第l 章绪论 1 2 2 多机复杂系统 对于多机复杂系统，由于从摇摆曲线上无法得到系统稳定性的定量度量， 试图通过系统仿真确定f a c t s 装设地点是非常困难的，因此人们研究了各种定 量分析方法来解决多机系统中f a c t s 装设地点的选择问题。 1 2 2 1 模态分析法 模态分析法具有能够根据系统的开环模型有效地预测控制器装设地点的能 力，因此它在电力系统稳定器( p s s ) 参数的调整和选址方面获得了成功的应用 嘲 1 特征根灵敏度分析特征根灵敏度分析是模态分析法中的一个重要成果。 特征根灵敏度反映了各个参数引起特征值变化的强弱。文献嘲利用系统可控性 的全部信息，提出了f a c t s 最佳装设地点选择指标，但是没有考虑系统可观测 性以及f a c t s 装置自身控制系统对抑制振荡效果的影响。文献【7 l 提出了采用求解 留数的方法，利用特征根变化与留数的关系，来确定电力系统稳定器或f a c t s 的最佳装设地点。这种方法同时考虑了系统的可控性和可观测性，而忽视了 f a c t s 装置自身控制系统对系统振荡的影响。文献【8 l 采用特征根相对于f a c t s 装 置某个参数的灵敏度来选择最佳设置点。该方法可以同时计及系统的可控性和 可观测性，以及f a c t s 控制器自身控制系统对系统的影响。然而由于电力系统 既包含微分方程，又包含代数方程，同时为计及f a c t s 装置对电力系统的影 响，其控制系统则可能用传递函数描述，因此灵敏度系数不易求取。文献【9 j 推 导了求取灵敏度的隐式和混合两种方法。隐式方法是将系统的微分和代数的线 性化方程合并在一起，系统的状态方程中隐含地保留了系统模型参数：混合方 法将状态方程和传递函数模型混合在一起推导出灵敏度的表达式，这种表示方 式可以很清楚地估计控制器对系统动态行为影响的好坏。 2 转矩分析法不同于留数法，转矩分析法是建立在电力系统机电振荡的物 理概念基础上。文献“川中定义了综合阻尼转矩系数( c d t c ) 作为系统中f a c t s 控 制器装设地点和信号的选取的指标。虽然与留数法在计算和推导方法上不一 东北电力大学硕士学位论文 致，但是对于同一个系统模型，当只研究系统的机电振荡模式时，由它们推导 出的各种指标具有等价关系。 3 降阶模态分析法传统的模态分析法都是建立在全系统状态方程的特征 根求解基础上( 全维分析法) 。当系统状态方程的阶数达蛩j 2 0 0 阶时，就连通常 认为有效的q r 算法也不能给出正确的特征根解。通常系统工程师们只关心与功 角和转速有关的机电振荡特征根。为克服全维分析法的缺点，降维分析技术得 到了一定的研究。选择模式分析法是通过迭代过程获得系统降维后的状态方 程，该方程中保留了需要研究的特征根和特征矢量。文献【l i l 用包含感兴趣的模 态所组成的状态方程的特征矢量，将模态进行分解，得到一个只包含最主要模 态的系统传递函数，并在此基础上提出了f a c t s 控制器的选址及设计的多种指 标。尽管这些指标不够准确，但是系统的阶数却有效地减少了。 1 2 2 2 二阶典型分析法 模态分析法是以泰勒展开的一阶导数项所得的线性非时变方程为基础的， 而忽略了可能通过二阶以上高阶项体现的系统的非线性相互作用。文献 4 8 提 出了在工作点附近将系统展开至二阶的典型分析技术，揭示了模态间的相互作 用，为f a c t s 装设地点的选择和控制器的设计提供了新的途径。 1 2 2 3 暂态能量函数灵敏度分析法 模态分析法以及降阶模态分析法都是针对小干扰稳定性分析，不能考虑到 系统在遭受大干扰后网络结构和参数变化的影响。众所周知，电力系统暂态稳 定性要受到故障中和故障后网络结构和参数变化的影响。有文献试图用暂态能 量函数灵敏度指标预测各个控制量对系统暂态稳定影响的程度，以帮助提出各 种有效的预防措施。也有文献针对一次装设多个f a c t s 元件，以控制效果与控 制量的效能比最佳为判据，根据暂态能量函数对各个控制量的灵敏度，决定了 f a c t s 的最佳装设地点，从而提高了系统的暂态稳定性。 第l 章绪论 在暂态能量函数中考虑了转移导纳后，能量函数的正定性得不到保证，因 此函数并不是真正的李雅普诺夫函数，在实际多机系统中严格的能量李雅普诺 夫函数是不存在的。 1 2 2 4e e a c 理论及参数灵敏度分析 e e a c 理论给出了电力系统稳定的充分必要条件。它利用动态凝聚把多机 系统的暂态稳定问题变换成一个等值的时变单机无穷大系统的二阶模型。在这 个二维状态空闻内，严格的势能函数可以表示为一个单重单维积分，进而实现 了系统稳定裕度的数学表达【1 2 。由于该映射等值是针对完整的受扰轨迹进行 的，因此不难计及转移导纳及任意的非线性因素和非自治因素，临界能量点和 临界能量是唯一并且严格的。 1 3f a c t s 控制策略的研究现状 f a c t s 元件对各种工况和场景的适应性。是其能否在实际电力系统中得到 有效应用的关键。 1 3 1 单个f a c t s 元件的稳定控制策略 1 线性最优控制最优控制是现代控制理论的一个重要组成部分。也是将最 优化理论用于控制问题的一种体现。线性最优控制是目前诸多现代控制理论中 应用最多。最成熟的一个分支。线性最优闯题求解主要有交分法和最大值原理 两种。通常性能指标采用二次型性能指标，l i p _ - 次型最优控制。文献i i 列详细介 绍了线性最优控制原理及其在电力系统中的应用。文献f 1 4 】采用小扰动法将非线 性的电力系统在运行点线性化后，运用该法设计了t c s c 的阻尼控制器，而且得到 t c s c 的阻尼效果与阻尼控制器的输入信号有关。但这种控制器是针对电力系 统的局部线性化模型来设计的，在非线性的电力系统中对大干扰的控制效果不 理想。 2 非线性系统反馈线性化方法该方法以包含f a c t s 元件的电力系统非线性 数学模型为基础，通过对系统非线性因素的精确处理，将原系统变换成线性系统， 然后结合线性系统的控制方法，如二次型最优控制等，来设计满足电力系统要求 的f a c t s 元件稳定控制器。下面对其进行具体的阐述。 ( 1 ) 微分几何线性最优控制。它通过局部微分同坯坐标变换，对仿射型非线 性系统在满足可控性、矢量场生成、对合性、凸性四个条件下，将非线性系统 转化为线性系统，并应用线性最优控制理论来设计控制规律 1 5 】。文献( 1 6 1 采用了 反馈精确线性化法将非线性电力系统映射成了线性系统。文献【”】采用微分几何 最优控制法设计的s v s ( 静止无功补偿器系统) 的非线性控制器能显著她改善电 力系统的暂态稳定性，而且对维持s v s 接入点的电压水平也有较好效果。文献f l 叼 利用该控制策略设计了1 s c 控制器。 ( 2 ) 直接大范围反馈线性化方法。该方法不需进行复杂的坐标变换和大量 的数学推导，即可找出非线性补偿规律以抵销非线性因素。文献1 9 1 设计了用于 提高暂态稳定性的t c s c 非线性控制器，它可以较大幅度地提高系统的暂态稳定 性，并且可以较好地适应系统运行方式的变化。此设计规律与工作点无关，而且 可以从理论上保证全局稳定性。 ( 3 ) 逆系统线性化方法。该法用受控对象模型的逆系统构造出一种可用反 馈结构实现的“o f 阶积分逆系统”，将原受控系统补偿为规范化的线性系统。 同时此方法不局限于仿射型系统，求解控制过程简捷。文献【2 0 】介绍了逆系统方 法在电力系统控制中的应用。文献【2 l 】将该方法与神经网络结合，形成了t c s c 装 置的神经网络口阶逆系统控制策略，仿真显示其具有相当强的适应性，能大大提 高电力系统的暂态稳定性。 3 童结构控制变结构控制主要解决系统的镇定问题即寻求控制使原点渐进 稳定。变结构控制能对电力系统这一非线性大系统实现有效的降阶处理，在参 数不精确的情况下设计所得的控制器具有简单的算法和较强的鲁棒性以及良好 第l 章绪论 的动态品质 2 2 】。文献1 2 3 1 采用微分几何理论将具有s v c 的非线性电力系统映射 成线性系统后导出了基于变结构理论的控制器，仿真表明它能改善系统的功角 稳定和装设地点的电压动态特性，而且对网络结构和系统工作点的变化具有鲁 捧性。另外，只要能对非线性系统线性化，就可以利用线性变结构控制理论，完 成电力系统的非线性交结构控制，而且，切换函数的设计就迎刃而解了。文献【冽 结合主导特征值位移法和变结构控制理论，提出了一种新的基于部分状态反馈 量的变结构系统设计方法，并依据这种方法设计了u p f c 的控制系统。 4 日。鲁棒控制鲁棒控制理论在设计过程中考虑了数学模型所具有的不确 定性误差，假设模型频率特性与实际被控对象的频率特性，或者模型参数与实际 对象的参数具有一定范围的偏差，然后用解析的手段设计控制器使得系统对这 一误差范围内的所有被控制对象均能满足理想的特性要求。日。控制理论是目 前解决鲁棒控制问题比较成功且比较完善的理论体系。文献【2 5 l 在电力系统中运 行点线性化的模型基础上，基于混合灵敏度日。最优控制理论，利用部分极点配 置技术，给出一种p s s 的设计方法。该稳定器能在较大的电力系统运行范围内向 系统提供充分的阻尼，抑制振荡，提高系统稳定性。胃”控制方法不能顾及信息 类型，为此可在日。鲁棒控制中引入综合及自适应控制对此控制进行修正。文 献【2 6 】利用分析对p s s 的鲁棒性进行了评价。文献1 2 7 1 构造了多机系统中应用奇 异值理论进行鲁棒稳定及控制分析的结构，文献【嚣】对其性能进行了数值仿真。 5 人工神经网络控制神经网络具有本质的非线性特性、并行处理能力、强 鲁棒性以及自组织自学习的能力，因此，对电力系统这个存在着大量非线性的复 杂大系统而言，神经网络理论在电力系统中的应用具有很大的潜力 2 9 】。文献t 3 0 基于单机无穷大系统将神经网络口阶逆系统控制策略用于t c s c 的控制。该文 基于单机无穷大系统，探讨了神经网络口阶逆系统的辨识和附加稳定器的设计： 在不同运行方式下，研究了该控制策略对系统暂态稳定的作用。文献【3 l 】用递归 神经网络的动态映射能力，将递归神经网络应用于新型a s v g 的控制中，根据系统 不同的运行点，构造了a s v g 多目标递归神经网络监督控制器。这种控制器可以 对系统大范围运行实现良好的控制。文酬”j 根据对角递归神经网络的特点分析 了其非线性映射能力，并根据a s v g 的特点提出了a s v g 递归神经网络逆动力学 控制，所构造的控制器由于可以实现a s v g 电力系统非线性动力学特性，因而根 据期望的控制效果可以获得期望的控制量。文献【3 3 j 构造了a s v g 递归神经网络 自适应控制系统。该系统由递归网络辨识器及神经网络控制器构成，所构成的系 统可以实现a s v g 的非线性自适应控制。该控制系统具有良好的控制品质、鲁 棒性及泛化能力，是一种较为通用的电力系统通用模型。 6 综合智能控制综合智能控制是各种智能技术和控制方式的综合其综合 性一方面体现在智能控制与现代控制方法的结合，如模糊变结构控制、自适应 或自组织模糊控制以及神经网络变结构控制等：另一方面也体现在各种智能控 制方法之间的交叉综合，如专家模糊控制、模糊神经网络控制和专家神经网络 控制等。 1 3 2 多个f a c t s 元件的稳定控制策略的协调 将单个f a c t s 元件的控制策略推广到含多个f a c t s 元件的多机复杂系统中， 由于控制变量的向量场与网络，甚至发电机参数都存在强耦合关系，因此限制了 非线性系统反馈线性化方法在多机系统的应用。但是变结构控制、分散控制及 综合智能控制等控制方法却显示了巨大潜力。文献 3 4 1 介绍了几种协调控制方法， 它们是基于模态理论的协调控制方法、分散控制方法、变结构控制方法。 1 3 3 单个f a c t s 元件的多目标协调控制 f a c t s 在电力系统的主要作用包括控制潮流、提高稳定性、增强阻尼等， 从系统的角度出发，实现对电力系统的多目标协调控制是今后f a c t s 协调控制 器设计的主要目标。 文献j 介绍了一种新的f a c t s 设备的多目标优化控制方法，即f a c t s 设备 的智能预估控制方法综合了预测控制和逆系统控制的优点，将确定f a c t s 设备 最优控制信号的过程分解为先对f a c t s 设备的候选输出进行筛选作业，以求得 f a c t s 设备的最优输出，然后再根据最优输出反演计算f a c t s 设备的实际控制 信号这两个子过程。在各子过程中，人工神经网络技术和模糊推理方法被分别 用于解决不同的问题。文中还以先进的a s v g 为例介绍了基于智能预估方法的 f a c t s 设备智能预估控制器的设计步骤，计算机仿真证实了这种新的控制方法 的有效性。 1 4 本文的主要工作 本文在系统的回顾了f a c t s 最佳安装地点及t c s c 控制策略的基础上，编 制了相应软件，提出一种基于模糊t o p s i s 法的t c s c 安装地点选择的方法。 把多指标群问题转化为模糊多指标决策问题。然后得到各方案与理想解的相对 贴近度，从而得出t c s c 的安装地点。并将其控制策略有所改进。本文具体的 内容如下： 1 介绍了本课题研究的意义和重要性和目前国内外研究现状。 2 介绍了t c s c 对系统暂态稳定性能的影响，提出利用t c s c 能灵活调节串 补容抗值的特性可以扩大系统的稳定域，提高临界故障清除时间，改善系统的 暂稳性能。并确定t c s c 的数学模型。 3 在针对t c s c 正确安装地点的问题上，应用了模糊t o p s i s 法。在模拟智 能决策和专家经验的基础上，有效的处理不完全、不确定、不精确的信息解决 问题。将多指标群问题转化为模糊多指标问题，易于理解，计算复杂度较简单， 能够用简单的算术形式来描述被择方案的绩效。 4 探索性地研究了可控串联补偿稳定控制策略的改进。回顾了以当地可测变 量为控制信号的可控串联补偿器( t c s c ) 的控制规律，并提出该控制策略的优缺 点。利用推导出的暂态能量函数将原有控制策略进行改进，并应用于单机无穷 大系统，不仅可以有效地改善系统暂稳特性并能迅速平息后续振荡。 第2 章t c s c 数学模型的建立 第2 章t c s c 数学模型的建立 2 1t c s c 的定义 可控串联补偿( t c s c t h y r i s t o rc o n t r o l l e ds e r i e sc o m p e n s a t i o n ) 是f a c t s 技术中的重要一员，它在继承了常规串联补偿的各种优点的基础上。使串联的作 用更为明显和广泛。可控串联补偿的电路示意图如图2 。l 所示，它采用可控硅控 制的电抗器与串联电容器相并联的t c r ( t h y r i s t o rc o n t r o l l e dr e a c t a n c e ) 方式根 据系统的不同要求，利用可控硅快速通断的特性，通过改变可控硅在一个周波内 的导通时间，能够在很大范围内快速、连续的调节线路的电抗。从而提高系统阻 尼和快速、连续的调节线路传输的功率。 图2 - 1t c s c 主电路示意图 t c s c 有3 种基本运行方式：阻断( b l o c k e d ) 模式、旁路( b y p a s s ) 模式和微调 ( v e m i e r ) 模式。阻断模式下，晶闸管不导通，t c s c 模块相当于常规串联补偿：旁 路模式下，晶闸管连续导通，串联电容被旁路，t c s c 模块相当于一个小感抗：微 调模式下，晶闸管门极触发信号采用相位控制，模块的性质取决于晶闸管的触发 角，通过采用不同的触发角可以在一定范围内平滑调节感抗或容抗。 由此可见，可控串补大大提高了常规串补的灵活性。相比之下，t c s c 能 够实现： 进一步提高传输容量： 进一步提高暂态稳定极限： 东北电力大学硕士学位论文 阻尼次同步振荡s s r 及线路功率振荡： 在无次同步振荡危险的情况下增加串补度可提高暂态稳定极限： 减小故障电流： 连续调节、控制潮流： 控制电压偏差 t c s c 的这些优势是很有吸引力的，它的研究受到国内外的普遍重视，并已 取得较大的进展。 2 2t c s c 对系统暂态稳定性能的影响 用一忽略阻尼的单机无穷大系统可以清楚地解释t c s c 对系统暂态稳定性 能的作用。 图2 2 装有t c s c 的单机无穷大系统 图2 2 为装有t c s c 的单机无穷大系统的接线图，如果可控硅一直保持闭 锁，t c s c 相当于常规串补。在升压变压器高压侧三相短路，在不同的故障清 除时间下，可以得到一组相平面曲线簇，在图2 - 3 中用实线表示：如果故障前 t c s c 闭锁，故障清除时t c s c 投入并一直保持强补状态，也可相应得到一组 相平面曲线簇，在图2 - 3 中用虚线表示。由于在故障清除之前t c s c 都处于闭 锁状态，所以这两种情况下的事故时故障轨线是相同的。 如前所述，在图2 3 所示的单机无穷大系统相平面图上，实线对应t c s c 不投入的情况，其中a 点为系统事故前的稳定平衡点s e p ( b f ) ，因事故前后 系统网络结构相同，则a 点同时为系统事故后稳定平衡点s o e p ( p f ) ，c 点为不 稳定平衡点u e p ，故障期间发电机转子在过剩转矩下加速，功角万和角速度国 不断增大，系统运行点从a 向b 移动。在临界故障清除时间的情况下系统可到 达b 点，此时故障清除，国开始减小，j 继续增大，系统运行点向c 点移动，然 第2 章t c s c 数学模型的建立 后依次到达点d ，e 和g 。由于阻尼为零，之后系统将围绕a 点在封闭圈b c d e g c 上等幅振荡。 一t c s c b l o 出 砷：s c h f o c 阻甲嘲_ d m 荔 蓬 o 2 3 d e l l a ( 憎哟 图2 - 3 相平面轨线 图中虚线对应故障后t c s c 强补的情况，a 点为系统事故前的稳定平衡点 s e p ( b f ) ，因为故障清除后t c s c 一直保持强补，则系统事故后的稳定平衡点 s 已p ( p f ) 将不再是a 点，而是处于a 点的左方c 点为不稳定平衡点u c p ，在 临界故障清除时间下系统在故障清除时刻可到达b 点，之后将围绕事故后稳定 平衡点在封闭圈b c d e f g c 上等幅振荡。 比较图2 3 中实线部分和虚线部分的差别可见，由于1 s c 可以通过可控 硅触发角的变化快速地改变线路参数，在强补状态下其容抗值可达2 倍p 1 1 甚 至更高，利用t c s c 这种能灵活调节串补容抗值的特性可以扩大系统的稳定 域，提高临界故障清除时间，改善系统的暂稳性能。 o 5 o 5 o 窈墓 东北电力大学硕士学位论文 2 3t c s c 的数学模型 如图2 4 所示，t c s c 装设在支路缸以为支路膏的电抗，x c s c 为t c s c 的容抗。 i xxt j 卜卅l 叫 圈2 - 4t c s c 的示意图 装设t c s c 前，网络方程可以描述为：i=it(2-1) 其中。，为各节点注入电流的列相量；u 为各节点电压的列相量；y 为网络的 节点导纳矩阵。 y = - y h ： 。y j i 装设t c s c 后，网络方程变化为i = y u ，节点导纳矩阵y 与】，相比，只有 与节点j 、歹相关联的元素发生变化，则 以2 n + x k ( 立x k + 。! x l r c ) 以2 蜘+ 丽麓j 以= 以2 的+ 而笨j 则，i = r 矿+ a y v 其中，“= ( 2 - 2 ) ( 2 - 3 ) ( 2 - 4 ) ( 2 - 5 ) 妁； o o o oo锣：由o oo缈；妙oo鸣；妙o o o o o 第2 章t c s c 数学模型的建屯 缈= 箜l _ 也【黾+ x r c s c ) ( 2 6 ) 因此t c s c 的作用可以表示成附加电流注入的形式，其等值电路如图2 5 所示。 图2 - 5t c s c 的等值电路 改变t c s c 的电抗值，将影响网络节点的注入电流的大小，并由此通过改 变各发电机的电磁功率影响系统的机电暂态过程。 2 4 本童小结 本章探索性的研究了可控串联补偿装置对系统暂态稳定性能的影响。利用 t c s c 能灵活调节串补容抗值的特性可以扩大系统的稳定域，提高临界故障清 除时间，改善系统的暂稳性能。并给出了t c s c 的数学模型。为下一章的研究奠 定了基础。 东北电力大学硕士学位论文 第3 章基于模糊t o p s l s 法的t c s c 安装地点的选择 随着我国经济的迅速发展，电力需求日益增加，现代电网已越来越接近其 功率传输极限，由于受环境和输电走廊等的限制，不能扩建过多的输电线路。 在现有的电力系统中加装f a c t s 设备，无疑对提高系统的输送能力和保证电力 系统经济运行都具有重要的意义。电力系统的传输能力往往受制于系统暂态稳 定性水平，因此在电力系统暂态稳定性最差的区域装设f a c t s 元件，才有可能 提高全系统的输送能力。 研究表明，可控串联补偿( t c s c ) 可显著地改善电力系统的系统暂态稳定 性。下面以t c s c 为主要分析对象。从工程角度考虑，欲实现t c s c 在提高系 统暂态稳定性的最佳有效程度，必须解决二个问题，一是选择t c s c 的恰当装 设地点；二是研究t c s c 的最优控制策略以提高系统事故后的恢复能力。下面 以支路暂态势能分析法为基础对以上问题进行研究。 如何正确评估t c s c 装设地点对系统稳定性的影响，已经是一个不容回避 的课题。由于实际研究的系统对象一般都很大，若采用数值积分方法进行逐点 测试，显然很费时，并且也难以定量评估同一t c s c 设备装设在不同地点时的 控制效果。因此寻找一种有效选择t c s c 元件装设地点的方法十分必要。 3 1 模糊t o p s i s 法背景 加州大学札德( l a z a d e h ) 教授于1 9 6 5 年提出模糊理论，将语意口语化 的叙述转换成模糊集合，以模糊集合取代传统的一般集合，借着归属函数来研 究及处理不明确的资料，经由有系统的模糊运算过程，使系统可以被量化，转 换成可运用的资讯。 1 9 7 0 年b e l l m a n 与z a d e h 提出将多准则决策引入模糊集合理论，主要用来 处理无量化、不完全信息、模糊概念及部分不清楚的问题，将不完全的讯息决 策问题之各种属性资料模糊化后，加以建模评估使其具有客观的决策。由此可 第3 章基于模糊t 0 s i s 法的t c s c 安装地点的选择 知，面对多属性、多冲突的决策问题时，模糊多准则决策方法是一种能够获得 良好解决的途径。 t o p s i s 法自1 9 8 1 年提出以来，获得了广泛的应用，是人们常用的多属性决 策方法之一。t o p s i s 是逼近理想解的排序方法( t e c h n i q u ef o ro r d e rp r e f e r e n c e b ys u n i l a r i t yt oi d e a ls o l u t i o n o ) 的英文缩略，这种方法通过构造多指标问题的理 想解和负理想解，并以靠近理想解和远离负理想解两个评价判据为基准，对各可 行方案进行排序【3 6 1 。所谓理想解，是设想各指标属性都达到最满意值的解：所谓 负理想解，是设想各指标属性都为最不满意值的解。 由h w a n g ，y o o n 提出来的，该理论是在s z i d a r o v s z k y ( 1 9 7 8 ) 的c o o p e r a t i v e g a m e t h e o r y ( c g t ) 的基础上进行改进提出的( 3 刁。c g t i k 为安全解应该是距离 负理想解最远的解而t o p s i s 在此基础上又引进距离理想解最近，即t o p s i s 认 为个满意解应该距理想解最近且距离负理想解最远。t o p s i s 方法有如下优 点：t o p s i s 方法比较合理和易于理解；计算复杂度较简单；能够用简单的算术形 式来描述被择方案的绩效1 3 习。 现实世界的信息有很多是不确定、不精确、不完全的，如何更有效地处理 它们，引起了很多学者的兴趣，因此众多学者研究开发了一些方法来解决这类 问题。模糊集理论就是这些方法中影响较大的理论，且己经在解决这类问题上 取得了很多成果。目前许多学者在研究应用上都采用模糊多准则决策方法，且 探讨的领域很广泛，例：网页竞赛评选 3 9 1 ，城市群防震减灾能力评估 4 0 l 、利用 模糊多属性决策来挑选最佳汽车【4 l l 等。综上研究可知，现实生活中许多决策问 题，通常需要在模糊环境下进行。 3 2 模糊数的概念及其运算 1 9 7 8 年，伯斯0 ) u b o i s ) 与派瑞德( p r a d e )