PSS在电力系统稳定性中的应用仿真开题报告

1、-、选题的目的及研究意义电力系统的发展，互联电力网络变得越来越大。如此的发展趋势在给电力系统以巨大的 技术和经济效益的同时，也使得稳定性破坏事故所波及的范围更加广泛，电力市场的日益开 放会使运行方式更加灵活多变，对稳定性的实时性判断要求更高。与此同时，由于受到环境 和经济等因素的制约，区域间联网和远距离大容量输电系统的不断出现，系统运行更加接近 极限状态，这使得电力系统稳定性问题日趋严重，电力系统一旦失去稳定，往往造成大范 围、较长时间停电，在最严重的情况下，则可能使电力系统崩溃和瓦解，因此，准确、快速 地分析电力系统在扰动下的稳定性行为，必要时采取适当的控制措施，以保证系统稳定性的 要求，是

2、电力系统设计及运行人员最重要也是最复杂的任务之一。从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，迫切要求运用电力仿真来解决这些 问题依据电网用电供电系统电路模型要求。因此，利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭 建了单机一无穷大电力系统的仿真模型，能够满足电网在其可能遇到的多种故障方面运行的 需要。二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等实际上，如何保证和提高电力系统的稳定性是从多个方面进行考虑的。在系统规划阶段 应合理选择发电厂厂址，采用合理的输电方案以及配置相应的保护和自动装置等。在运行管 理方面，控制中心对运行方式的良好安排也有助于保证电力系统的安全稳

3、定运行。当系统遭 受扰动后，施加控制是改善和提高电力系统稳定性最经济有效的方法之一，而严重故障后的 紧急控制措施可将由于安全性破坏而对系统造成的影响减小到最低程度。目前暂态稳定分析的基本方法可分为两类：数值解法和直接法。数值解法（时域仿真法）是暂态稳定分析基本方法，它以稳态工况或潮流解为初值，对 上述方程组联立求解或交替求解，逐步求得状态量和代数量，并根据发电机的转子摇摆曲线 来判定系统在扰动下能否保持同步。目前时域仿真法主要采用的数值计算方法包括显式积分法和隐式积分法。前者包括欧拉 法、龙格一库塔法和线形多步法等。后者包括改进的欧拉法和隐式积分法。欧拉法的精度低， 数值稳定性较差，一般适用于

4、简单模型和较短的暂态持续时间。龙格一库塔法拟合了泰勒 级数的高阶项，具有比较高的精度，数值稳定性好。它的缺点是计算量大，计算速度慢。线 形多步法精度高，运算量比龙格一库塔法小，但计算结果受初始值的影响较大，需要选择适 当的起步算法来保证其精度。改进的欧拉法用隐式积分校正欧拉法的结果，精度比欧拉法有 所提高。隐式梯形积分法在联立求解微分一代数方程时可以消除交接误差，具有较好的数值 稳定性，可以采用较大的步长。虽然时域仿真法可以考虑电机的详细模型，而且能够得到足 够准确的结果，但是随着网络规模的扩大，时域仿真法的计算量将很大，计算速度不能满足 在线监测和控制的要求，并且其不能定量给出系统的稳定裕度

5、。所以对电力系统暂态稳定研 究致力于寻找一种快速、准确、实用的暂态分析算法。我国电力科学界对稳定分析的直接法 与快速算法的研究大致始于80年代，其中最早发表的一篇是夏道止与Heydt等人关于分解- 聚合法在线稳定的研究。随后有电力部电力科学研究院傅书遇等人关于PEBS法的研究：清 华大学倪以信与美国Fouad等人对UEP法的直流输电模型与励磁系统模型的研究：1988年 我国学者南京电力自动化研究院薛禹胜与比利时 Pavella教授等人提出了扩展等面积法 （EEAC法），将多机系统变成等值两机系统，利用等面积准则和泰勒展开式导出临界切除时 间和稳定裕度的解析式，根据这一解析在注入空间定义稳态稳定

6、域，推算联络潮流的稳定极 限。近年来该法经不断完善，已扩展到动态EEAC法，使得计算精度大大提高。到了 90年 代，直接法与快速算法的研究尤为活跃，如哈尔滨工业大学郭志忠，柳焯等人用高阶Taylor 级数研究快速暂稳计算问题,上海交通大学刘笙等人关于PEBS法复杂模型的研究，东北电力 学院蔡泽祥和清华大学倪以信等人关于快关气门、电气制动和切机问题的研究等，都使得直 接发在线稳定分析的研究进一步走向实用化。此外，关于应用人工神经网络、灾变理论和熵 网络理论的研究也有不少论文发表。李雅普诺夫稳定性理论在1892年提出的，它是从一个古典力学的概念发展而来。1947 年美国学者Magnusson提出将

7、其应用于电力系统暂态稳定分析领域当中。1958年，Aylett 提出了用于多机系统的能量积分准则。1966 年, Gless和E1-Abiad等人又提出了不计电网中 转移电导的李雅普诺夫函数。自上世纪70年代后，用李雅普诺夫法研究直接法稳定分析得 文章逐渐增多，初期的研究只要集中于用不同的方法建立运用于电力系统的李雅普诺夫函数 （V函数）和如何求不稳定平衡点（UEP）的方法，但是早期研究未计入故障地点和转移电 导的作用，所以计算结果偏于保守。1978年日本学者Kakimoto等人首次提出了势能界面法（PEBS）法，直接利用持续的故 障轨迹求取临界势能，从而求取临界切除时间CCT，省去了求UEP

8、的麻烦，使得速度大大加 快。1979年Athay等人提出的能量函数第一次计入了故障地点和转移电导的作用，使得能量 函数法在客服保守性方面迈出了重要的第一步。20世纪80年代以后，Michel等人提出了单机能量法。Fouad等人在动能修正、能量裕度 以及求解相关UEP等方面作了大量研究工作进一步丰富和发展了暂态能量函数法的理论和 方法。Padiyar等人给出了能够计入详细发电机，模型和复合模型的拓扑能量函数。1988年 Chiang和Zaborsky等人提出了稳定域的概念，对势能界面法进行了理论分析，并提出了使 势能界面法计算准确的条件。1991年Chiang等人在其稳定域理论的基础上，又提出了

9、 BCU 法（将UEP法和PEBS法结合起来的方法），是UEP法的实用化又进了一步。本文采用了 Matlab 软件对电力系统稳定进行了仿真分析，运行于Simulink下的PSB（Power System Blockset）是针 对电力系统的工具箱，从Matlab6.0开始它被重新命名为SPS（SimPowerSystems）该工具箱的 研究领域是用微分方程刻画的电力系统动态过程，如电磁暂态与机电暂态分析以及电力电子 设备的仿真。MATLAB SPS提供了丰富的电力及电气系统元件模型，可以快速地组建仿真模型, 从而实现电力系统的仿真计算，效率高并且灵活方便。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问

10、题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线） 或 设计（实验）方案进行说明目前电力系统普遍采用在励磁调节器上附加电力系统稳定器PSS的附加励磁控制方案。 它能有效地增强发电机励磁系统的阻尼，抑制低频振荡的发生，是提高电力系统动态稳定性 的最经济和最有效的的措施。因为很多因素导致电力系统的动态仿真研究将不能在实验室进行的电力系统运行模拟得 以实现。所以可以首先在计算机上进行动态仿真研究来判断其设计的可行性，它的突出优点 是可行、简便、经济。并且Matlab电力系统工具箱中包含有很多丰富的模块，所以使用起 来更加的灵活方便。MATLAB SPS提供了丰富的电力及电气系统元件模型在Simulink运

11、行 环境下，用户只需应用鼠标拖放的方式将所需电气元件的模块添加到模型编辑窗口，并将它 们连接起来，就可以快速地组建仿真模型，从而实现电力系统的仿真计算，用SPS提供的模块 构建一个单台发电机经过线路与无穷大功率母线相连的简单电力系统，即单机一无穷大系 统的Simulink仿真模型.本设计在分析低频振荡的产生机理及发电机附加励磁控制对低频振荡的抑制原理的基础 上，通过对一个典型的单机一无穷大系统在不同扰动方式下的动态过程仿真，研究附加励磁 控制（PSS）对电力系统低频振荡及动态稳定性的影响。吴天明.MATLAB电力系统设计与分析M.国防工业出版社,2007孟祥忠王博.电力系统自动化M.北京：北京

12、大学出版社，2006刘笙.电气工程基础M.北京：科学出版社,2002文峰.现代发电厂概论M.北京：中国电力出版社,1999黄益庄.变电站综合自动化技术M.北京：中国电力出版社,2001于永源.电力系统分析M.北京：中国电力出版社,2007马永翔.高电压技术M.北京：北京大学出版社,2009马永翔王世荣.电力系统继电保护M.北京：北京大学出版社,2006陈德树.计算机继电保护原理与技术M.北京：中国水利水电出版社,2000陈庆红.变电运行M.北京：中国电力出版社,2005刘同娟，郭键，刘军.MATLAB建模仿真及应用M.北京：中国电力出版社，2009电力工业部西北电力设计院.电气工程设计手册电气一次部分M.北京：中国电力出版 社，1998RobertH.Miller,PowerSystemOperation,McGraw-HillBookCompany M,NewYork.1983Ata.Elahi.Nerwork Communicationas TechnologyM北京：科学出版社，2001Naildu MS. etal. Hing-