利用通信基础设施提高电网的稳态稳定性(Matlab代码实现）

目录

1 概述

2 稳态稳定性分析

2.1 系统模型

2.2 稳态稳定性

2.3 问题说明

3 仿真结果

 4 Matlab代码

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1 概述

随着电力系统的复杂性和规模的增加，电力系统的有效控制变得越来越困难。我们提出了一种自动控制策略，该策略基于通过通信基础设施获得的信息来调节电网中发电机的机械功率输出。提出了一种通过迭代添加通信链路来优化电网稳态稳定性的算法。所提出的控制方案成功地应用于IEEE 96 电力系统，从而显着提高了系统的稳态稳定性并提高了其整体鲁棒性。由此产生的通信网络拓扑与输电网拓扑显着不同。这表明电力系统的稳态控制是多么复杂，受发电机配置、输电网络拓扑和控制执行方式的影响。

稳态稳定性是研究电力系统在受到小的扰动时的稳定性，如系统负荷的递增变化。这些扰动被认为是足够小的，以至于系统方程的线性化在分析中是允许的。关于电力系统的线性化模型有大量的文献。它们是由非线性微分代数模型数值化得到的。线性模型不仅对电力系统的小信号稳定性分析有用，而且对设计电力系统的控制技术也有用。目前，可用的线性化技术主要可分为三类：

（1）使用泰勒级数近似的标准形式的线性化技术；（2）直接反馈线性化；（3）基于微分几何技术的非线性模型线性化。最近的研究涉及电力系统的稳态稳定性，由于可再生资源（如风能转换系统和光伏能源转换系统）和负载（如插电式混合动力汽车）的整合，电力系统的运行条件面临越来越多的不确定性。

今天的电能是由原动机驱动的大型同步发电机生产的，原动机通常是涡轮机。当总发电量等于系统总需求时，频率是恒定的，系统处于平衡状态。如果要保持这种状态，输送电力的变化必须由发电机涡轮机的机械功率的同等变化来补偿。系统负荷的任何变化最初都是由电网惯性提供的，它代表了电力系统中储存在发电机和涡轮机的大型旋转质量中的总的综合动能。

然而，如果不采取额外的行动，电网惯性会很快被消耗。发电机的机械功率调整由一个单独的模块执行，称为涡轮机调速器。涡轮机调速器的目的是将系统的频率维持在一个预定值。这也被称为频率控制。在应用实时相位测量之前，控制基本上是局部的，根据局部测量采取的行动，有时是由系统其他部分的数学模型支持的。相位测量单元（PMU）或同步相位器可以通过使用一个共同的时间源来测量电网上的电波，以达到同步的目的。这样就可以实时监测电网上的多个远程点，并提供一套全新的控制可能性。同步器已经被应用于各种控制问题，如励磁控制、电力系统稳定器和FACTS设备控制。大多数作者采用了线性反馈控制系统，并表明它们能够协调一些局部控制单元。这些本地控制器的输入来自放置在电网周围许多地方的各种监测设备。一个测量单元可以放在电网的任何地方。因此，选择最佳位置是一个重要的决定，因为它影响到控制方案的整体性能。本文讲述了一种改善电力系统稳态稳定性的控制策略，其中每台发电机的机械功率输出除了使用放置在电网周围不同位置的PMU的信息外，还使用其本地的运行条件来治理。相关文献中也提出了关于这个主题的类似想法。相关文献中的作者还展示了通过使用从电网上的远程位置收集的信息进行控制，这些信息是通过通信基础设施传输的。然而，他们的研究仅限于由相同的发电机组成的电网，从而使整个建议难以在现有系统上进行测试并应用于现实。

该论文的结构如下。第二节介绍了主要思想以及构建通信基础设施的算法。本节还描述了一个用于稳定性分析的电力系统模型。第三节介绍了在IEEE96电力系统中应用控制方案的结果。第四节是本文的结论。 

2 稳态稳定性分析

  稳态稳定性在研究、理解和设计电力系统方面一直发挥着重要作用。如果一个电力系统能够在系统发生小的干扰后达到一个新的稳定配置，就可以说是稳态稳定的。负荷波动、自动电压调节器的动作或不太重要的系统元件的开关操作都可以归类为在正常系统运行中经常发生的小干扰。电力系统操作人员和自动控制机制关注的是在不失去稳态稳定性的情况下调节系统内的发电量和功率流。

2.1 系统模型

2.2 稳态稳定性

2.3 问题说明

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3 仿真结果

IEEE96

在本文中，我们提出了一种策略，通过在电网中增加通信链路来提高电网的稳态稳定性。选择最佳链路是通过 迭代αmax .一个简单的算法可以最大限度地提高稳定性。由此产生的通信网络拓扑结构与输电网拓扑结构有很大不同，这表明电力系统的稳态控制是多么复杂。通过获得αmax的千倍下降，我们表明该控制策略为系统的稳定性和稳健性提供了巨大的改善。尽管这里提出的控制策略提供了令人满意的结果，但它仍有很大的改进空间。例如，可以放宽对PMU只安装在发电机母线上的要求，允许安装在主要的负载母线上，甚至是电网上的任意位置。然而，这将需要使用不同的电力模型，一个保留原始电力系统结构的模型。另一个可能的研究方向是利用更详细的系统模型，包括发电和负载方面的模型，这对确定实际应用的控制策略潜力至关重要。发电机可以用五阶或六阶模型更准确地表示，其中包括自动发电控制系统的影响以及减振器绕组、电枢电压等的影响。另一方面，负载可以被建模为与电压和频率有关，而不是目前使用的无源恒定阻抗模型。所有这些问题都将是我们未来研究的主题。

 4 Matlab代码