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1、 南京师范大学毕业设计（论文）开题报告姓 名：彭煜聪学 号： 21100335学 院： 电气与自动化工程化学院 专 业： 电气工程及其自动化专业方向： 电气技术方向 题 目：网络化电力系统的控制与仿真指导教师：彭晨2014年2 月17 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及院、系审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3有关
2、年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年2月26日”或“2009-02-26”。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1本课题的目的及研究意义电力系统是由发电厂、电力网和电力负荷组成的电能生产、传输和转化的系统。目前，我国正处于经济快速发展的时期，对电能的需求也在不断增长，电力行业发展迅速。在我国，已经形成了7个跨省电网，即东北、华北、西北、华东、华中、南方、川渝电网，5个独立的省区电网，即山东、福建、海南、新疆、西藏电网。上个世纪七十年代后期以来，世界范围内先后发生了多起由电压崩溃引起的
3、大面积停电事故1，造成了巨大的经济损失和严重的社会影响。因此，加强电力系统控制的研究，通过增加控制器来对电力系统进行调节，这对保证电力系统的安全稳定具有十分重要的意义。电力系统稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态的问题。如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定的。随着我国远距离输电系统的不断发展和高压电网的建成及大容量发电机组在电网中不断的投入运行,如何保持电力系统稳定、可靠地运行,是一个突出的问题。同步发电机励磁系统对提高电力系统的可靠性和稳定性起着重要作用。在诸多改善发电机稳定性的措施中,提高励磁系
4、统的控制性能,被公认为是最有效和最经济的措施之一2。但是经过不断的发展，区域联网运行已成为现代电力系统的重要特点。电力系统在本质上已是一个广域系统，系统中所有的电气量是互相关联的一个整体，这在根本上决定了系统保护是一个全局问题，应该将系统作为一个整体考虑3。此外，作为网络化的电力系统，要对其进行控制系统的设计是一个新的课题。因此可以运用线性控制理论中的lyapunov与LMI的成熟理论，将缺乏理论背景的网络控制系统与电力系统结合，融入广域控制之中加以研究。对于广域的电力系统稳定控制，就需要通过不断获得的实时数据来实时确定保护控制策略。广域保护(国外称为特殊保护系统，国内也称为稳定控制系统)的功
5、能有3个：一是通过采集电网各个节点的数据，经计算后确定一定的控制手段以维持电网的安全稳定运行；二是实时掌握及充分利用电网的输电能力；三是提供更准确的电网规划方案。随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大，在这种情况下，许多大型的电力科研实验很难进行，一是条件难以满足；二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的；三是最初的一个新的设计构思、到通过软件进行实际情况的模拟、在应用到具体的工程中，其工作量往往消耗大量的财力物力和人力，其过程中稍有失误都有可能前功尽弃。4这就直接导致了对大型电力系统的控制器的型号和参数的选择造成了许多不便。考虑到以上情况，可以通过利用计算机对电力系统进行数学建模和仿
6、真，利用数字仿真工具对电力系统模型进行稳定性分析，并设计控制器加入电力系统模型以保证电力系统的稳定。因此，寻求一种最接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具就显得十分重要。本文主要采用MTALTB进行电力系统的仿真，MATLAB是有效的电力系统仿真工具,它提供了简洁的工具，可以节省建立电力系统数学模型的建立。2本课题的国内外的研究现状现代大型同步发电机励磁控制的主要目标包括：高精度的电压调节功能；机组无功功率分配功能；提供适当的人工阻尼和提高系统稳定性和传输功率的功能。其中稳定性主要指功角稳定性（包括静态、暂态和动态稳定性）和电压稳定性。20 世纪50 年代出现的自动电压调节器(AVR)即是体
7、现了这一设计理论的励磁控制方式，它采用机端电压偏差作为反馈量进行比例(P)或比例-积分-微分(PID) 调节5。运用古典控制理论中频率响应法或根轨迹法来确定控制器参数。AVR 式励磁控制器的基本功能是电压调节和无功功率分配,，对提高静稳和暂稳也有明显作用。前苏联学者所创造的强力式励磁调节器可谓集这一方法之大成，但由于其设计上的明显不便，所以虽曾一度成为热点,，却并未在国外引起效尤。为了改善AVR式励磁控制器在调节精度和稳定性间的矛盾以及在提供人工阻尼方面的不足, 美国学者F. D. Demello 和C. Concordia 于1969 年提出了电力系统稳定器(PSS)的辅助励磁控制策略,从而
8、形成了“AVR+ PSS”结构的励磁控制器, 成为这一时期的杰作6。最初的PSS 采用机组转速或角频率作为反馈量, 是一种针对特定网络模型和振荡频率区间设计的单输入、定参数和线性控制规律, 适应能力差。为提高其鲁棒性和适应能力, 许多学者提出了大量的鲁棒和/ 或自适应设计方法, 这方面的研究至今仍在继续。同时, PSS 最初的单变量设计情况也很快被打破, 出现了双变量反馈的PSS7。20 世纪60 年代末, 现代控制理论的发展和逐渐成熟, 为电力系统多变量控制开拓了新的有效途径。国际上, 余耀南教授率先开展了电力系统多变量控制的研究。在国内, 言茂松教授最先较系统地介绍了国外文献成果, 文8,
9、9 及作者同时或稍后进行的线性最优励磁控制(LOEC)的工程实践则把这一领域的研究推进到新的高度。并在国内开启了对优化励磁控制长盛不衰的探索, 在理论和实践上都不断取得了丰硕的成果。由于电网的发展及数次大停电的影响，各国电力工作者都在进行广域保护系统的研究，如今在国际上已经有运行或正在开发的系统，如可编程减负荷系统(programmable load shedding system，PLSS)10和广域稳定和电压控制系统(wide-area stability and voltage control system，WACS)11等等。目前，各国电力工作者都在致力于这方面的研究，并取得了很多成果
10、，但迄今为止，广域控制运用了线性控制理论中的lyapunov与LMI理论，但是在理论方面和实际运用方面都有很大的缺陷，因此在这方面的研究还有许多艰辛和挑战。随折电力工业的发展，电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加，在电力系统的生产和研究中，仿真软件的应用也越来越广泛。现在，我们主要使用的电力系统仿真软件有：EMTP仿真程序，用于电力系统电磁暂态计算，电力系统暂态过电压分析等。PSCAD/EMTDC程序，应用是计算电力系统遭受扰动和参数变化时，参数随时间变化的规律。以及中国电科院开发的仿真软件PSASP,其功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。还有Mathworks公司开发的MATl
11、AB软件。MATLAB自身的特点使它获得了对应的应用学科，特别是对边缘学科和交叉学科的极强适应能力，并很快成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真已至教学等不可缺少的基础软件。在MATLAB中，电力系统模型可以在Simulink环境下直接搭建，也可以进行封装和自定义模块库，充分显现了其仿真平台的优越性。3本课题的研究内容本课题以MATLAB R2010b电力系统工具箱为平台，通过SimPowerSyetem 搭建了电力系统中经典的电力系统模型：单机无穷大系统和四机两区电力系统，将电力系统参数带入Matlab电力系统模型进行测试。目的是建立带励磁系统的发电机系统，通过仿真结果分析带上励磁系统时各个
12、参数的变化情况。并且基于之前建立电力系统数学模型，运用线性系统理论中的成熟知识，对电力系统模型进行分析，得到电力系统广域控制器，使大区域电力系统保持稳定。将广域控制器和之前建立的励磁控制器进行比较，分析两者性能的差异以及对大区域电力系统的影响。4本课题的实行方案、进度及预期效果实行方案：1） 首先对简单的单机-无穷大系统进行理论分析，根据系统运行建立发电机和变压器等元件的数学模型。2） 运用simulink建立简单的单机-无穷大系统进行仿真，对系统运行出现不稳定情况时的仿真结果进行详细的分析。3） 建立带励磁系统的发电机系统，通过仿真结果分析带上励磁系统时电力系统参数的变化情况。4） 在单机-
13、无穷大系统的基础上对四机两区电力系统用相同的方法进行分析与仿真。5） 在四机两区电力系统中建立带励磁系统的发电机系统，通过仿真结果分析带上励磁系统时电力系统参数的变化情况。6） 用线性系统理论的知识，对单机无穷大系统模型进行分析，尝试得到电力系统广域控制器实行进度：第12周 论文前期调研，借阅或下载与论文相关的资料，复习电力系统自动化、电力系统Matlab仿真等专业知识。第3周 完成开题报告word文档。第4周 通过前期调研，完成论文第一章。第5，6，7周完成单机无穷大系统的分析和建模，写出论文第二章第8，9，10周在单机无穷大系统的基础上对多机系统进行数学模型的建立和分析；写出第三章部分初稿
14、第11，12周 对单机无穷大系统模型进行分析，尝试建立电力系统广域控制器模型，并对广域控制器进行分析第13周撰写毕业论文初稿。第14周修改毕业论文。第15周 完善论文，准备答辩。5、已查阅参考文献：1 韩祯祥.电力系统稳定M.北京:中国电力出版社,19952 郭成. 同步发电机自并励励磁系统研究及仿真D. 西华大学, 2006.3 易俊, 周孝信. 电力系统广域保护与控制综述J. 电网技术, 2006, 30(8): 7-12.4 李维波，Matlab在电气工程中的应用M北京：中国电力出版社，2007.(7):342-3435 黄瀚, 高强. 配电网动态电压调节器控制策略的研究J. 电网技术,
15、 2002, 26(1): 1-4.6韩英铎, 谢小荣, 崔文进. 同步发电机励磁控制研究的现状与走向J. 清华大学学报 (自然科学版), 2001, 41(4/5): 142-146.7 Ray P S, Duttagupt a P B, Bhakta P. Co-ordinatedmultimachine PSS design using both speed and electricpower J . IEE Proceedings of Generation, Transmission andDistribu tion , 1995, 142( 5) : 503 510.8 韩英铎, 卢强, 冯庚烈, 等. 最优励磁控制用于远距离输电系统的稳定性 J . 清华大学学报, 1978, 18( 2) : 68 85.9 卢强, 王仲鸿, 韩英铎. 输电系统最优控制M . 北京:科学出版社, 1982.10 蔡运清，汪磊，Kip Morison，等广域保护（稳控）技术的现状及发展J电网技术，2004，28(8)：20-2511 Taylor C W，Erickson D C，Martin K E，
