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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于WAMS的暂态稳定预测控制研究 姓名：吴世伟 申请学位级别：硕士 专业：电力系统及其自动化 指导教师：罗毅 20070603 I 摘 要 近年来国内外大停电事故频发，暴露出电网中存在的薄弱问题。与此同时我国 电网日益发展壮大也带来新的问题，因此保证电网的安全稳定运行是当前的重要任 务。广域测量系统（WAMS）为电网监控提供了实时同步的全局信息，为电网的稳 定控制带来了新的契机。预测控制面向工业过程，对模型要求低并且计算方便，采 用滚动优化技术， 因此适合在线应用。 本文采用故障后电网的 WAMS 实时量测数据， 预测外推发电机功角轨迹从而进行系统暂态稳定性分析和
2、控制。 本文首先概述了广域测量系统在电力系统稳态和暂态方面的应用，综述了基于 WAMS 的电力系统暂态稳定预测控制的研究情况；接着阐述了基于 WAMS 的暂态 稳定预测控制系统的结构组成，讨论了按照系统同调性划分同调群来配置 PMU 的 方法，并对实时数据的五点滤波方法进行了改进。 论文的核心部分首先提出了根据轨迹特征预测的功角预测思路，并针对故障后 系统状态变量的衰减振荡特性， 按照这种思路提出了基于 WAMS 量测数据的发电机 功角 Prony预测算法， 讨论了故障后基于 WAMS 的量测数据的发电机功角的短时预 测和动态过程预测，对比了多项式预测方法，对功角预测方法进行了实例验证，结 果
3、良好；其次提出了多机环境中的实用稳定判据，并且将它使用到基于 WAMS 量测 数据的功角预测的稳定控制中。 最后对全文进行了总结， 并提出了基于 WAMS 的电力系统稳定控制系统需要进 一步研究的问题。 关键词：广域测量系统 稳定控制 功角预测 Prony 方法 II Abstract In recent years, domestic and international frequent power big outages exposed the weaknesses and inherent problems in power system. Meanwhile the domestic
4、growing network expansion has also brought new problems; therefore it is a currently important task to guarantee the security and stability of the grid. Wide area measurement system (WAMS) provides with real- time synchronize information of the whole power grid for monitoring and control, which is a
5、 tuning point. Predictive control faces the industrial process, has low requirement of model and compute easily, and adapts rolling optimization technology, therefore it is suitable for on- line applications. In this paper, it uses date after- failure of power grid provided by WAMS, predicting and e
6、xtending the generator power angle track, for stability analysis and control of the system. The paper firstly outlines the application of WAMS in power systems steady state and transient state, and the researches on transient stability predictive control of power system. Then it illustrates the stru
7、cture of transient stability predictive control system based on WAMS, and discusses PMU configuration according to system unisonant groups in unisonant characteristic, and improves real time data five- point filter. The core part of the paper in the first place proposes the idea of predicting power
8、angle according to the trajectorys characteristic, and in the light of the idea proposes power angle Prony predicting method aiming at the damped oscillation characteristic of the system state variable after fault, discusses the generator power angle short term and dynamic process forecasts after fa
9、ult based on WAMS measuring data, comparing with the polynomial predicting method, validates the method with examples and the results are good. In the next place, it proposes the stability practical criterion in multi- machine environment, and uses the criterion in power angle stability predictive c
10、ontrol based on WAMS. At the end of the thesis, the main results of the research are summarized, and the III further work on power system stability predictive control based on WAMS is pointed out as well. Keywords: wide area measurement system stability control power angle prediction Prony method 独
11、创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对 本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩
12、印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密 ?，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密 ?。 （请在以上方框内打“ v” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日 1 1 绪 论 1.1 课题背景 当前我国电力系统全国联网、西电东送工程的实施，使得电网规模日益扩大， 电网的发展形成了大区电网互联。我国自然资源分布不均衡和社会经济发展速度不 一致，由此导致负荷中心远离电源中心的现象严重，需要远距离大容量输电来满足 负荷中心的用电需求，使得电网没有强大的结构。并且分布式电源接入，高压直流 输电建设，灵活交流输电(FACTS)装置等自动控制装置的投入使得电网动态
13、变化特 性更加复杂多变。而且由于电力市场化运行使得现代电网需要在安全性和经济性之 间取得协调，电网各方为了经济利益的最大化而忽视电网安全性，导致设备老化没 有及时更换，使得电网运行在所能承受极限的边沿。因此电网的安全稳定问题在当 前形势下显得更加严峻。 大停电事故是现代社会的灾难，对社会的经济发展和人们的生活造成巨大的影 响。由于现代电网分布地域广阔、区域互联导致局部的严重故障可能会波及全系统 而导致严重的后果。近年来国内外大停电事故频发，引起了全社会的关注和广大学 者的思考。在 2006 年全球范围内发生了多起停电事故：5 月 25 日，俄罗斯莫斯科 大面积停电；7 月 17 日，美国纽约大
14、停电，一直持续到 8 月 18 日才全部恢复正常 电力供应；8 月 14 日，日本东京大面积停电；9 月 24 日，巴基斯坦全国大停电；11 月 4 日，欧洲遭遇特大停电事故，西欧多国遭遇特大停电事故，约 1000 万人受到影 响。2003 年的北美东部“ 8.14” 大停电是历史上最大的停电事故，100 多个发电厂（包 括 22 个核电厂） 、 几十条高压输电线停运， 损失负荷 61.8GW， 停电持续时间为 29h， 停电范围包括美国的 8 个州以及加拿大的安大略省，受停电影响的人口约 5000 万， 经济损失达 300 亿美元。大停电事故暴露了电网的脆弱性和存在的潜在问题。 电网在故障后
15、能否保持暂态稳定性是电网能否安全运行的重要因素。电力系统 2 的暂态稳定分析方法有时域仿真法和李亚普诺夫直接法，由于这两种方法的自身限 制而不能直接用于在线分析。传统的电网稳定控制系统的决策方式是预先分析各种 工况和故障形态的组合，制定策略表，当发生故障时查找对策表。由于大停电事故 往往由许多小概率因素导致，或者由级联故障发展而来。传统的决策方式不能有效 地控制大停电事故。 广域测量系统1,2（Wide Area Measurement System, WAMS）的发展为电网的安 全稳定控制提供了新的契机。它提供实时、同步、高密度的全局电网动态信息，数 据更新周期为 10 到 20 毫秒。WA
16、MS由相量测量单元（PMU） 、通信网络和主站构 成。PMU 能在全网同步采集机组和线路的电压、电流以及重要的开关保护信号；计 算得到电压和电流相量、频率及频率变化率、机组和线路功率；发电机内电势和功 角；还能提供扰动触发的暂态记录。PMU 的突出优点在于能够测量电力系统的状态 量，尤其是它能测量相量中的关键因素 相角。全球卫星定位系统(GPS)的应用， 计算机技术、通信技术、数字信号处理技术等的发展，为广域测量系统的形成和发 展创造了条件。WAMS 为电力系统稳定控制提供了新的数据平台，也为电网的暂态 稳定控制开辟了新的途径。 1.2 相关领域研究现状 1.2.1WAMS 的应用研究 国内外对 WAMS 这一领域进行了大量的研究3- 9。2000 年出现同步监测系统和 稳定控制系统，2001 年相量测量和数据交换标准 IEEE1344 颁布。目前相量、频 率测量的技术问题已经基本解决， 这一领域的研究主要集中在应用功能方面的探讨。 WAMS 在国内外的电力系统中得到实际应用。典型的工程应用有：美国 WAMS 自 适
