【正文】 3）人工智能判定法 14 人工智能方法可進行非模型的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定判別，具有在線計算速度快、容易生成決策用的啟發(fā)規(guī)則等優(yōu)點，因此與傳統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法構(gòu)成了良好的互補?，F(xiàn)將幾種常用的人工智能方法簡要介紹如下： 1） 模式識別法 通過離線計算各種運行方式 在預(yù)想事故下的暫態(tài)穩(wěn)定性從而獲取知識樣本，并通過對樣本的“學(xué)習(xí)”，選取有用的知識，直接建立適應(yīng)于在線應(yīng)用的簡單計算器模型，即分類器。分類器在使用過程中可不斷地被修改，使識別錯誤率不斷減少。此外離線計算量很大，而且識別函數(shù)受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響。通過專家系統(tǒng)，可以模擬人類專家思維和求解問題的方法，以知識作為信息處理的對象，從而更好地解決問題。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 目前提出的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ ANN）模型有 50 多種。有多個人工神經(jīng)元相互連接而 成的非線性動力學(xué)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)通常分為單層和多層兩類。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于暫態(tài)穩(wěn)定分析時，一般作為穩(wěn)定與不穩(wěn)定模式的分類器或作為產(chǎn)生穩(wěn)定指標的函數(shù)模擬器。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是不需建立數(shù)學(xué)模型，不需求解非線性方程，回憶速度快，可以模擬任意復(fù)雜的非線性關(guān)系，因而其訓(xùn)練精度較高，而且可以進行自學(xué)，因而能彌補專家系統(tǒng)的不足。 15 提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的方法 由于大擾動后，發(fā)電機機械功率和電磁功率的差額，即加速功率是導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞的主要原因。根據(jù)這種原則，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的措施從兩方面來考慮，增加發(fā)電機輸出的電磁功率和減小原動機的機械功率。 電力系統(tǒng)中架空輸電線路的短路故障，大多數(shù)是由閃絡(luò)放電造成的，再切斷線路，經(jīng)過一段電弧熄滅和空氣去游離的時間后，短路故障便完全消除了。若重新投入輸電線路是由開關(guān)設(shè)備自動進行的，則稱之為自動重合閘。圖 31 用等面積定則說明了自動重合閘對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。如果在 R? 瞬間將線路重合上去，恢復(fù)雙回路運行，則可保持暫態(tài)穩(wěn)定。因此，采用重合閘措施，可顯著提高系統(tǒng)的供電可靠性和暫態(tài)穩(wěn)定性。 2）快速切除故障： 減輕電氣設(shè)備因短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)等不良影響，而且加快切除故障可以減小切除角，這樣既減小了加速面積，又增大了減速面積，對于提高暫態(tài)穩(wěn)定起著決定作用。 16 圖 32 快速切除故障對暫態(tài)穩(wěn)定性的影響 應(yīng)該指出的是，減少故障切除時間對提高暫態(tài)穩(wěn)定的效果，與短路故障的類型有很大關(guān)系。變壓器中性點接地的情況，對發(fā)生接地短路時的暫態(tài)穩(wěn)定有著重大的影響。 從物理概念上來說 ，短路時零序電流通過接地電阻 gR 時消耗有功功率，其中的一部分由發(fā)電機來負擔(dān)，因而使發(fā)電機輸出的電磁功率增加，從而減小了加速功率，提高暫態(tài)穩(wěn)定。電阻值過小，電阻上消耗的功率過小，作用不大；電阻過大，消耗功率太大，有可能使發(fā)電機在第二個搖擺周期失去穩(wěn)定。 4） 發(fā)電機采用電氣制動： 電氣制動就是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障后，在送端 發(fā)電機上迅速投入電阻，以消耗發(fā)電機輸出的有功功率（增大電磁功率），減小發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的過剩功率，其接線圖如圖 33。制動電阻有兩種接入方式（如圖 34），當(dāng)電阻串聯(lián)接入時，斷路器正常時是閉合的，投入制動電阻時將斷路器斷開；并聯(lián)接入時，開關(guān)正常時是斷開的，投入制動電阻時將其閉合。 ?P 是系統(tǒng)正常運行是的功角特性曲線， ??P 是發(fā)生故障時有電氣制動的功角曲線圖， ???P 是發(fā)生故障時無電氣制動的功角曲線圖。由于 dabcA1 abcdA ，所以采用電氣制動，減少了加速面積，提高了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。合適的制動電阻和投切時間，則可顯著提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，否則，存在欠制動和過制動。欠制動和過制動都不能保持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。 制動電阻的切除時間，也要通過詳細的計算，求出不同輸送功率下制動電阻數(shù)值的上下限和投切時間，然后選擇一個合理的時間。當(dāng)由于外部短路而使發(fā)電機端電壓 GU 低于額定電壓的 85%時，低電壓繼電器動作，并通過一中間繼電器將勵磁裝置的調(diào)節(jié)電阻強行短接，使勵磁機的勵磁電流大大增加，提高了發(fā)電機電動勢。 （ 2） 減少原動機輸出的機械功率 1） 對于汽輪機采用快速的自動調(diào)速系統(tǒng)或者快速關(guān)閉氣門。 3） 采用機械制動，即采取轉(zhuǎn)子直接制動的方法。 研究設(shè)計的內(nèi)容 應(yīng)用 MATLAB 進行電力系統(tǒng)仿真的主要步驟是： （ 1）建立系統(tǒng)模型：建立的是單機無窮大系統(tǒng)（ SIMB）。 圖 36 無輸電線的單機 — 無窮大系統(tǒng)原理圖 19 假定聯(lián)絡(luò)阻抗為純電感，則由發(fā)電機向無窮大系統(tǒng)送出去的有功功率的 P 為： ?sin?? ? UZEP m （ 33） 式中 ?Z — 包括發(fā)電機阻抗在內(nèi)的發(fā)電機電動勢到無窮大系統(tǒng)母線的總阻抗； ? — 功角； mE — 發(fā)電機電勢； U — 系統(tǒng)母線電壓。 （ 4）結(jié)果分析 仿真之后，分析所得的圖形。 20 4 電力系統(tǒng)常用仿真簡介 常用的電力系統(tǒng)仿真軟件 電力系統(tǒng)分析軟件用數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法對系統(tǒng)的運行進行研究，可用來確定規(guī)劃設(shè)計方案、擬定運行方式、整定自動裝置的控制參數(shù)、進行事故分析和輔助運行人員作出正確的決策。現(xiàn)代化的電網(wǎng)迫切需要現(xiàn)代化的分析手段，對軟件的功能、精度、規(guī)模和速度提出了更高 的要求，期望充分利用計算機硬件和軟件技術(shù)的最新成就分析和處理電網(wǎng)的實際問題。 目前常用的電力系統(tǒng)仿真軟件有： （ 1） MATLAB 產(chǎn)品族它們的一大特性是有眾多的面向具體應(yīng)用的工具箱和仿真塊，包含了完整的函數(shù)集應(yīng)用來對圖像信號處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等特殊應(yīng)用進行分析和設(shè)計。 MATLAB 產(chǎn)品族具有下列功能：數(shù)據(jù)分析，數(shù)值和符號計算，工程與科學(xué)繪圖，控制系統(tǒng) 設(shè)計，數(shù)字圖像信號處理，財務(wù)工程，建模、仿真、原型開發(fā)、應(yīng)用開發(fā)和圖形用戶界面設(shè)計等。開放式的結(jié)構(gòu)使 MATLAB 產(chǎn)品族很容易針對特定的需求進行擴充，從而在不斷深化對問題的認識的同時，提高自身的競爭力。 1984 年，美國 MicroSim 公司推出來基于 SPICE 的微機版 PSPICE(PersonalSPICE)。最近推出了 版本。無論對哪種器件哪些電路進行仿真，都可以得到精準的仿真結(jié)果，并可以自行建立元器件和元器件庫。目前普遍使用的是 ，相對其它 EDA軟件，它是較小巧的軟件。它的界面直觀，易學(xué)易用。 （ 4） Protel是 PROTEL 公司在 20 世紀 80 年代末推出的 CAD 工具，是 PCB 設(shè)計者的首選軟件。早期的 Protel 主要作為印刷版自動布線工具使用，現(xiàn)在普遍使用的是 Protel99SE，它是個完整的全方位電路設(shè)計系統(tǒng)，包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設(shè)計（包含印刷電路板自動布局布線），可編程邏輯器件設(shè)計，圖標生成，支持宏操作等功能，并具有 Client/Server(客戶服務(wù)器體 系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如 ORCAD、 PSPICE、 EXCEL 等 )。 Protel 軟件功能強大、界面友好、使用方便，但它最具代表性的功能是電路設(shè)計和 PCB 設(shè)計。 MATLAB 簡介 MATLAB 一詞是 Matrix Laboratory （矩陣實驗室）的縮寫。此后， MATLAB 軟件的功能不斷得到豐富和發(fā)展。 在國際學(xué)術(shù)界， MATLAB 已經(jīng)被確認為準確、可靠的科學(xué)計算標準軟件。 Simulink 是在 MATLAB 環(huán)境下用于動態(tài)建模和仿真應(yīng)用最廣泛的軟件包之一，意思是仿真鏈接。也就是說，可以直接利用鼠標在模型窗口中劃出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后再利用該軟件提供的功能來對控制系統(tǒng)直接進行模擬，很明顯，這可以將一個原本很復(fù)雜的系統(tǒng)變得相當(dāng)容易輸入。 SIMULINK 準備有數(shù)百種預(yù)定義 系統(tǒng)環(huán)節(jié)模型、最先進有效的積分算法和直觀的圖示化工具。 SIMULINK 具有如下特點： （ 1） 建立動態(tài)系統(tǒng)的模型并進行仿真。 （ 2）以直觀的方式建模。只需在 SIMULINK 元件庫中選出合適的模塊并拖放到SIMULINK 建模窗口，鼠標點擊連接就可以了。 SIMULINK 模塊庫是可定制的，用戶也可以修改已有模塊的圖標，允許用戶把自己編寫的 C、 FORTRAN、 Ada 代碼直接植入SIMULINK 模型中。 SIMULINK 優(yōu)秀的積分算法給非線性系統(tǒng)仿真帶來了極高的精度。 （ 5）分層次地表達復(fù)雜系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，整個系統(tǒng)可以按照自頂向下或自底向上的 方式搭建。這種交互式的特征可幫助用戶快速評估不同的算法，進行參數(shù)優(yōu)化。 SimPowerSystems 庫提供了一種類似電路建模的方式進行模型繪制，在仿真前自動將仿真系統(tǒng)圖變化為狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)形式，然后在 SIMULINK 下進行仿真分析。 PSB（ Power System Blocket）是一個圖編輯器，在 Simulink 環(huán)境下能建立系統(tǒng)原理并進行仿真計算。只需通過點擊和拖放 PSB 庫內(nèi)的模型即可建立用戶所需要的電力系統(tǒng)仿真原理圖，并利用模型元件的對話框來設(shè)置相關(guān)參數(shù)，使用 Simulink 提供的示波器模型，可現(xiàn)實仿真結(jié)果及其波形。 （ 2） 波形圖的保存 運行之后，打開 scope，得到圖形，在 matlab 指令窗口輸入： set(0,39。,39。) set(gcf,39。,39。) 然后按下回車，則在 scope 窗口會出現(xiàn)菜單欄。 24 5 基于 SIMULINK 的單機無窮大系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性仿真 單機 無窮大系統(tǒng)的建模 單機無窮大系統(tǒng)原理圖如圖 51. G T S 圖 51 單機無窮大系統(tǒng)原理圖 根據(jù)圖 51 建立的單機無窮大系統(tǒng)仿真原理圖如圖 52. P h a s o r sp o w e r g u iv+V o l t a g e M e a s u r e m e n tABCT h r e e P h a s e S o u r ceABCT h r e e P h a s e F a u l tABCabcT h r e e P h a s eT r a n s f o r m e r( T w o W i n d i n g s )A B CT h r e e P h a s eP a r a l l e l R L C L o a dPmV f _mABCS y n c h r o n o u s M a c h i n ep u S t a n d a r dS co p e 5S co p e 2S co p e 1M a n u a l S w i t chmv s _qdd_t het awmdwM a ch i n e sM e a s u r e m e n tD e m u xG r o u n d 1In Vs t abG e n e r i cP o w e r S ys t e m S t a b i l i ze r K G a i n 1 K G a i nv refvdvqv s t abVfE xci t a t i o nS ys t e mD i s t r i b u t e d P a r a m e t e r s L i n e 1D i s t r i b u t e d P a r a m e t e r s L i n e0 . 7 5 0 1C o n s t a n t 290C o n s t a n t 11C o n s t a n t St at or v olt age v q (pu) St at or v olt age v d (pu) 圖 52 單機無窮大仿真原理圖 圖中使用到的基本模塊有： 示波器 scope，邏輯加，增益 gain，電機測量模塊 Machines Measurement Demux，同步電機（標幺值單位）模塊 Synchronous Machine pu Standard，勵磁系統(tǒng) Excitation System，通用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 Generic Power System Stabilizer，三相并聯(lián) RLC 負 載Three Phase Parallel RLC Load，雙繞組三相變壓器 ThreePhase Transformer(Two Windings)，電壓測量模塊 Voltage Measurement，分布參數(shù)線路模塊 D