【正文】 0 0 0。 11 12 900 230 50 0 0 0 0 0 0 0。 9 900 115 1 1 ]。1039。1239。239。附錄B：系統(tǒng)潮流穩(wěn)定數(shù)據(jù) POWER FLOW REPORT P S A T Author: Federico Milano, (c) 20022005 fmilanowebsite: ~fmilano File: C:\Program Files\MATLAB\R2008a\toolbox\psat\tests\Date: 30May2013 13:32:05 NETWORK STATISTICS Buses: 13 Lines: 6 Transformers: 8 Generators: 5 。2039。12039。10139。 10 900 22 50 6 8 10 0 0 0 1 1 0 0。 = [ ... 1 900 22 99 99 7 1 ]。 1 2 900 22 50 0 0 0 0 0 0 0 0。 12 500 1 0 1 1。 4 22 1 0 1 1。了解了如何使用軟件的問(wèn)題，則可以按照自己的想法和要求完成低頻振蕩分析的工作。關(guān)于PSS的數(shù)據(jù)整定工作，本文不做研究。PSS通過(guò)利用補(bǔ)償系統(tǒng)低頻段的相位滯后，以提供一定的正阻尼。很明顯這個(gè)轉(zhuǎn)矩完全是負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩，這便是由快速勵(lì)磁系統(tǒng)引起系統(tǒng)失去動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的原理?？梢栽诟髯钕嚓P(guān)處機(jī)組處安裝PSS，用以增加該振蕩模式的阻尼。迭代具體潮流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)附錄B。該系統(tǒng)共有13個(gè)節(jié)點(diǎn)，由兩個(gè)參數(shù)相同的區(qū)域間由兩條長(zhǎng)的傳輸線連接構(gòu)成，每個(gè)區(qū)域中各有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，區(qū)域1連接在2母線上，區(qū)域2連接在112母線上，節(jié)點(diǎn)101作為平衡節(jié)點(diǎn)。另外,PSAT在求解各模態(tài)下不同狀態(tài)量的參與因子時(shí)，需通過(guò)計(jì)算系數(shù)矩陣A的左特征相量以及右特征相量。 最優(yōu)潮流隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的快速擴(kuò)大化，國(guó)內(nèi)逐步施行電力市場(chǎng),由此引發(fā)的一系列相關(guān)問(wèn)題也成為了國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，其中，一個(gè)最基本的問(wèn)題便是電力系統(tǒng)的最優(yōu)潮流。 潮流計(jì)算對(duì)電力系統(tǒng)的各種問(wèn)題進(jìn)行分析研究時(shí)，潮流計(jì)算十分基礎(chǔ)。在求出了系統(tǒng)的潮流，便可以執(zhí)行后續(xù)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)分析。本文介紹和運(yùn)用到的是電力系統(tǒng)分析和控制的軟件PSAT( Power System Analysis Toolbox)，該工具箱的主要功能有:CPF潮流計(jì)算、OPF最優(yōu)潮流、CPF連續(xù)潮流、TDS時(shí)域仿真、SSSA小擾動(dòng)分析、GUI用戶人機(jī)界面及GNE自定義模型等。電力系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的強(qiáng)非線性系統(tǒng)，人工智能算法恰好在解決大規(guī)模系統(tǒng)的非線性問(wèn)題上具有很明顯的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)這一方法設(shè)計(jì)出的PSS，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、適應(yīng)性極強(qiáng)并且魯棒性好，優(yōu)點(diǎn)十分明顯，在未來(lái)電力系統(tǒng)的大規(guī)?；ヂ?lián)中具有非常好的應(yīng)用前景。進(jìn)行直流調(diào)制的研究中，如何選取合適的調(diào)制信號(hào)是必須解決的重要問(wèn)題。如何在大型電力系統(tǒng)中對(duì)PSS進(jìn)行配置是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。其中增加聯(lián)絡(luò)線可以很有效地抑制電網(wǎng)由于阻尼轉(zhuǎn)矩不足所引發(fā)的低頻振蕩問(wèn)題，這在我國(guó)西北電網(wǎng)區(qū)域中已有所使用，極大地提高了西電東送時(shí)的輸送功率[36]。一般而言，基于量測(cè)的方法中，經(jīng)常用到的信號(hào)辨識(shí)方法包括傅里葉變換法、小波分析法、Prony 算法等。 基于正規(guī)形理論的方法二十世紀(jì)二十年代，法國(guó)數(shù)學(xué)家Poincare提出了正規(guī)形理論的方法。在采用PSS用以增強(qiáng)系統(tǒng)低頻振蕩的阻尼時(shí)，對(duì)于待改善的振蕩模式的參與因子，可以采用發(fā)電機(jī)的角速度作為指標(biāo)，從而確定PSS最合適的安裝地點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于0但絕對(duì)值很小的情況稱為弱阻尼，一般來(lái)說(shuō)。特征值既可以是實(shí)數(shù)，又可以是復(fù)數(shù)。?X=A對(duì)于傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析而言，其可能發(fā)生的混沌對(duì)系統(tǒng)的分析和控制帶來(lái)了巨大的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，目前，不少學(xué)者也致力于電力系統(tǒng)混沌理論的研究，對(duì)一些規(guī)模很小的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，分析和討論系統(tǒng)中混沌現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理、影響因素、形成路徑、判別方法以及控制措施等各方面的問(wèn)題，但都處在初步的探討階段，還有許多問(wèn)題有待更進(jìn)一步的分析。之后的很多理論從電力系統(tǒng)非線性的本質(zhì)出發(fā),運(yùn)用hopf分岔理論對(duì)電力系統(tǒng)低頻振蕩的發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了研究。如果發(fā)生發(fā)電機(jī)的軸系、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器或調(diào)速器中任何一個(gè)周期的擾動(dòng)，便會(huì)引發(fā)強(qiáng)迫功率振蕩。該原理于1969年由Demello 和Concordia提出。而隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)增大，[5]。比如我國(guó)首次記錄的電力系統(tǒng)低頻振蕩發(fā)生在1984年，在進(jìn)行廣東與香港電網(wǎng)互聯(lián)運(yùn)行時(shí)，聯(lián)絡(luò)線上出現(xiàn)了多次持續(xù)的大幅度低頻振蕩，而且當(dāng)時(shí)由于振蕩原因不明，同時(shí)缺乏行之有效的控制手段，使得廣東、香港互聯(lián)電網(wǎng)先后解列了半個(gè)月到一個(gè)月之久。 本文第四章詳細(xì)地闡述了基于PSAT的低頻振蕩問(wèn)題分析方法與分析步驟。另外，由于PSAT軟件的源代碼完全公開(kāi)，用戶為了達(dá)到實(shí)現(xiàn)自己的研究目的，可以自己編寫(xiě)或修改相應(yīng)的源代碼，使用過(guò)程十分靈活方便。電力系統(tǒng)低頻振蕩的問(wèn)題是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析中的重要部分。隨著電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的迅速擴(kuò)大化，該問(wèn)題的研究變得日益重要，其研究范圍也越來(lái)越廣泛。隨著電力系統(tǒng)互聯(lián)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，以及高放大倍數(shù)快速勵(lì)磁器裝置的廣泛采用，再加上經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等諸多因素的影響，電力系統(tǒng)的運(yùn)行越來(lái)越接近其穩(wěn)定極限。. . . .摘 要 隨著電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的互聯(lián)規(guī)模越來(lái)越大，電網(wǎng)的運(yùn)行也越來(lái)越接近其穩(wěn)定極限，這種情況下，互聯(lián)電網(wǎng)中出現(xiàn)低頻振蕩的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，低頻振蕩已經(jīng)成為影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及遠(yuǎn)距離傳輸容量的重要因素。電力系統(tǒng)開(kāi)始聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，互聯(lián)規(guī)模小，同步發(fā)電機(jī)之間緊密聯(lián)系, 阻尼繞組能夠產(chǎn)生足夠的阻尼, 系統(tǒng)低頻振蕩少有發(fā)生[12]。對(duì)低頻振蕩的分析和研究，長(zhǎng)期以來(lái)，一直是各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。主要指電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式及條件下，當(dāng)受到一定擾動(dòng)干擾時(shí)，經(jīng)歷暫態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程后，可以恢復(fù)到系統(tǒng)某一穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的能力[8]。經(jīng)過(guò)各方面使用的驗(yàn)證，PSAT軟件的功能非常強(qiáng)大，可以用來(lái)計(jì)算分析成千個(gè)或更多節(jié)點(diǎn)規(guī)模的電力系統(tǒng)。本文首先對(duì)該軟件包進(jìn)行大致的介紹，談到了Matlab功能的不斷強(qiáng)大以及其許多附加工具箱的廣泛應(yīng)用，進(jìn)而對(duì)其各模塊功能進(jìn)行詳細(xì)描述，最后討論了其用于電力系統(tǒng)低頻振蕩分析時(shí)的有效性和優(yōu)勢(shì)。但是伴隨著電力系統(tǒng)互聯(lián)程度的不斷增高，在其發(fā)展過(guò)程中，一些新的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題也開(kāi)始顯現(xiàn)出來(lái)[13]，低頻振蕩的問(wèn)題首當(dāng)其沖，有一些低頻振蕩問(wèn)題還使得較大范圍的區(qū)域電網(wǎng)故障，造成了非常嚴(yán)重的損失。因?yàn)槠湔袷庮l率很低，~ Hz，因此稱為低頻振蕩（也稱功率振蕩或機(jī)電振蕩）。 基于阻尼轉(zhuǎn)矩的原理最早解釋低頻振蕩發(fā)生的物理機(jī)理是基于阻尼轉(zhuǎn)矩的原理。強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)是起振快、起振后振蕩可保持等幅同步，振蕩源失去后振蕩便很快衰減。 分岔理論20世紀(jì)80年代，學(xué)者Abed、Varaiya首次運(yùn)用分岔理論發(fā)現(xiàn)了電力系統(tǒng)低頻振蕩時(shí)存在著非線性奇異的現(xiàn)象。一旦系統(tǒng)中有混沌現(xiàn)象發(fā)生, 則系統(tǒng)中會(huì)有一種表現(xiàn)形式為非周期的、突發(fā)式的、看似無(wú)規(guī)則的機(jī)電振蕩, 即為混沌振蕩[31]。在初始運(yùn)行點(diǎn)xo,z0處，對(duì)系統(tǒng)作以線性化處理，可得?x0=JAJBJCJD?x?z (22)消去代數(shù)變量?z，便可得系統(tǒng)線性化后的狀態(tài)方程： ?x=JAJBJD1JCpj=1 i=j0 i≠j (26)上式中，Pi代表矩陣A特征值λi的右特征向量，pi代表矩陣A特征值λi的左特征向量。一般分三種情況進(jìn)行分析：（1）0時(shí)，0，振蕩模式i為負(fù)阻尼，系統(tǒng)不穩(wěn)定；（2）=0時(shí)，=0，振蕩模式i為零阻尼，實(shí)際研究并無(wú)實(shí)際意義；（3）0時(shí)，0，振蕩模式i為正阻尼，系統(tǒng)在小干擾下可以保持穩(wěn)定，絕對(duì)值越大，阻尼比越大，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性越好。所以，運(yùn)用參與因子，可以很方便地確定與各個(gè)振蕩模式強(qiáng)相關(guān)的系統(tǒng)變量，同理，可以通過(guò)參與因子的大小來(lái)確定電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的合適安裝地點(diǎn)。一般而言，通常將時(shí)域仿真法與特征分析法結(jié)合起來(lái)，用于電力系統(tǒng)低頻振蕩的分析研究中。該方法運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法分析實(shí)際測(cè)出的低頻振蕩，作為對(duì)理論分析的相關(guān)補(bǔ)充和驗(yàn)證，對(duì)分析和研究現(xiàn)場(chǎng)低頻振蕩發(fā)生的原因提供了一種強(qiáng)有力的工具。 一次系統(tǒng)策略增強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)電力系統(tǒng)低頻振蕩產(chǎn)生的重要原因是互聯(lián)電網(wǎng)間的距離長(zhǎng)、輸電負(fù)荷重以及聯(lián)系較弱，因此可以從改變網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，以更好地抑制電網(wǎng)互聯(lián)后發(fā)生的低頻振蕩問(wèn)題，比如盡量避免遠(yuǎn)距離、重負(fù)荷輸電，或者在線路上采用了增加聯(lián)絡(luò)線、直流輸電技術(shù)及分布式電源等一些措施后再進(jìn)行長(zhǎng)距離、重負(fù)荷的輸電方式，同時(shí)還可以優(yōu)化送電電廠與受電負(fù)荷的空間位置?，F(xiàn)階段經(jīng)常采用相位補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)安裝在系統(tǒng)中的PSS進(jìn)行整定。這種抑制措施在實(shí)際使用中已經(jīng)有了很成功的例子，即在美國(guó)太平洋聯(lián)絡(luò)線上，該方法的使用不僅抑制系統(tǒng)的低頻振蕩的，而且提高了原來(lái)交流聯(lián)絡(luò)線的輸送功率，從原來(lái)的2100MW提高到了2500MW。隨著人工智能的出現(xiàn)，可以很好地解決PSS使用的這兩大問(wèn)題。迄今為止，經(jīng)過(guò)MathWorks 公司對(duì)Matlab的不斷完善，它已經(jīng)發(fā)展成為適用于多種學(xué)科的非常強(qiáng)大的大型軟件。 PSAT中主要功能模塊介紹 PSAT的核心是進(jìn)行常規(guī)潮流計(jì)算，它可以對(duì)相應(yīng)的狀態(tài)變量進(jìn)行初始化處理。在仿真結(jié)束后，主界面的右端顯示了本次算例的頻率及容量基值、仿真開(kāi)始及結(jié)束時(shí)間、潮流計(jì)算如何收斂等，左下方則是輸出實(shí)時(shí)結(jié)果，主界面右下方是可以進(jìn)行各種基本操作的按鈕如潮流計(jì)算、最優(yōu)潮流、連續(xù)潮流以及動(dòng)態(tài)仿真等。潮流計(jì)算界面的下方，則顯示出了在模擬本算例時(shí)電力系統(tǒng)各個(gè)不同元件如發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)等的狀態(tài)變量以及仿真時(shí)中間變量的值，這樣，便可以方便地對(duì)算例的動(dòng)態(tài)仿真以及小擾動(dòng)線性化分析的結(jié)果進(jìn)行檢查，以確定其是否正確、合理。假設(shè)矩陣 JLFV為非奇異矩陣，則可以得到系統(tǒng)狀態(tài)方程的A陣： A=FxFyJLFV1Gx (34)當(dāng)仿真所研究的算例為高階系統(tǒng)，比較復(fù)雜時(shí),PSAT僅可以支持最大或最小的矩陣特征值,這十分有益于工程實(shí)際。第4章 基于PSAT的電力系統(tǒng)低頻振蕩分析 模型的建立本文采用研究動(dòng)態(tài)穩(wěn)定小擾動(dòng)分析時(shí)的經(jīng)典模型，四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)，其穩(wěn)態(tài)潮流單線圖如圖41所示。對(duì)本文中所用系統(tǒng)，進(jìn)行潮流計(jì)算迭代6次后收斂，潮流收斂圖如下圖46所示。對(duì)于振蕩模式1，與其最相關(guān)機(jī)組為發(fā)電機(jī)2；對(duì)于振蕩模式2，最相關(guān)機(jī)組為發(fā)電機(jī)3；對(duì)于振蕩模式3。因此，由此對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的增大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，也會(huì)與?ω相差180176。同時(shí)，在發(fā)電機(jī)組中加裝PSS后可以不降低勵(lì)磁系統(tǒng)電壓環(huán)的增益，不影響勵(lì)磁系統(tǒng)的暫態(tài)性能，而且電路簡(jiǎn)單、效果良好，現(xiàn)階段在國(guó)內(nèi)外都得到了十分廣泛的應(yīng)用。目前，抑制低頻振蕩的各種措施中，PSS是最經(jīng)濟(jì)并且效果最好的措施之一，但PSS的設(shè)計(jì)、參數(shù)整定、安裝地點(diǎn)選擇等一些列問(wèn)題仍然是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。其次，在一些應(yīng)用手冊(cè)及文獻(xiàn)的幫助下，本文對(duì)所使用的軟件PSAT的基本功能、使用方法以及使用優(yōu)點(diǎn)等加以闡述。 3 500 1 0 1 1。 11 230 1 0 1 1。 5 7 900 230 50 0 0 0 0 0 0 0。 7 8 900 230 50 0 0 0 0 0 0 0 ]。 = [ ... 1 900 22 50 6 8 10 0 0 0 1 1 0 0。 39。 39。