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PRONY在电力系统低频振荡控制中的应用 电力系统及其自动化 研究生刘剑 指导教师刘天琪 随着中国经济的不断发展，电力系统的规模和复杂性大大增加，大容量长 距离输电被广泛采用，从而引起区域间系统的低频振荡问题加重。这种振荡不 仅影响着全国电力系统的稳定运行，也直接降低了系统的输送容量，使电力生 产和输送能力得不到最大利用。因为大型电力系统的稳定性如果遭到破坏，就 可能造成一个或数个大区域停电，使它们一时陷于瘫痪和混乱，严重者甚至危 及全国，对人民生活及国民经济造成灾难性损失。在这方面，美国、俄罗斯、 英国等电力技术先进的国家都有过惨重教训。电力系统是一个包含大量控制器 的大系统，其中包含有许多控制器。而且电力系统经常会面临由负荷波动，结 构变化，以及短路等事故所引起的危险。因此需要更好的对其稳定情况进行分 析和控制。特别是随着全国电网的互连互通，电网的稳定运行变的更加重要。 从8．14美加大停电看出，电力系统的稳定性对国民经济，人民生活部有巨大影 响。如何提高大电网的稳定性，抑制系统『日J、区域间的低频振荡，如何对其进 行稳定分析以及稳定控制成为人们面对的首要问题。对于如何抑制系统的低频 振荡，人们以往采用的是数值仿真方法、特征值分析方法和频域方法等。由于 大电力系统结构复杂，以及控制器的增加，以前传统的计算方法变的难以使用。 特别是在设计阶段进行了参数计算，但加入实际系统后参数变化可能很大，并 且由于多个控制器的加入也有可能造成系统的特性改变，尤其是引入负阻尼和 由此带来的振荡。利用Prony分析法，可以通过从系统中得到的信号直接获得系 统的信息，特别是可以直接得到系统的特征值，为电力系统稳定分析带来便捷 的途径。 PRONY分析方法凭借着它可以对信号进行快速拟合，从而得到各个分量 的振幅、阻尼比、频率和相角等信息不需要对大系统进行大规模的矩阵分析， 可通过输入特定信号和输出信号快速得到系统的传递函数。可根据现场测量的 信号得到系统的参数和传函，从而解决了设计中参数的整定值与实际不符造成 的控制器等参数误差。Prony方法处理高阶系统效果好，系统模型阶数的选择 可以根据辩识的目的和需要具体确定等特点正越来越引起人们的重视。 本文首先介绍了低频振荡的原理，起因，研究的意义和目前研究状况，然后 介绍了低频振荡分析的几种方法及各种方法的优缺点，并引入了PRONY分析 方法。此后介绍了PRoNY分析的一般方法，将其与电力系统稳定分析的传统 方法进行了比较，阐述了Prony方法在电力系统低频振荡领域的适用性、作用、 现在应用情况以及未来的发展趋势。在此基础上提出了如何利用PRONY分析 方法对发电机模型进行分析，如何对分析出的模型进行简化，最后利用PRONY 分析出的模型整定发电机PID型励磁附加控制器参数。为了将单机整定方法扩 展到多机系统中，本文提出了一种利用PRONY辩识出发电机简化模型以及本 机与网络中其他发电机的关联模型以及区域问低频振荡模式，并以这些模型为 基础对发电机的PID型附加励磁控制器进行多目标优化协调整定方法。本方法 可以不依赖仿真软件直接整定励磁控制器参数，还可以在整定过程中计及发电 机之『HJ的关联。最后对PRONY分析方法的未来应用以及发展趋势进行展望。 本文还利用MATLAB构建了单机和多机仿真系统，编制了基于遗传算法以 及多目标算法的附加励磁控制器整定程序，对本文提出的一系列控制器以及算 法进行了仿真计算，结果表明本文设计的控制器及其算法是有效可行的。 关键字：PRONY；低频振荡；电力系统稳定；励磁控制器；协调控制：PID II The ofthe methodinrestraintthe applicationProny low oscillationof frequency powersystem Electric Power AndItsAutomation System Jian Advisor：LiB