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基于模态级数法的电力系统稳定性分析和控制研究

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基于模态级数法的电力系统稳定性分析和控制研究

作者：李蓓四川大学

学位级别：硕士

“西电东送、南北互供、全国联网”是21世纪我国电力工业的发展方向。这种大规模的电网互联加之其运行接近传输极限水平以及各种快速控制设备的投入，如：快速励磁调节器、HVDC、FACTS元件等，使得现今的电力系统成为了一个非常复杂的... 详细信息

“西电东送、南北互供、全国联网”是21世纪我国电力工业的发展方向。这种大规模的电网互联加之其运行接近传输极限水平以及各种快速控制设备的投入，如：快速励磁调节器、HVDC、FACTS元件等，使得现今的电力系统成为了一个非常复杂的强非线性系统，在文献中被称为重载电力系统(stressed power system)，其最大的特点在于发电机间存在很强的非线性相互作用，即使在小扰动下，系统也会表现出强非线性特性，振荡模式的非线性相互作用成为影响系统动态特性和稳定性的重要因素。对于上述重载电力系统，因为传统的线性化分析方法不容易计及系统内部非线性动态结构信息，所以很难揭示其一些非线性奇异现象的实质。所以，目前国内外，用于研究强非线性系统的动态特性的理论依据主要是向量场正则形理论。它成功地将线性化理论中某些重要概念和分析方法拓展到了非线性系统中，但该方法在应用到电力系统中时存在一些局限性，如：其所需要的状态变量不能直接与物理系统相对应，不是一一对应的非线性变换;在谐振条件下，不能得到系统状态方程的闭式近似解。于是，模态级数法作为向量场正则形方法的新发展，应运而生。它有效地克服了线性理论和向量场正则形方法的不足之处，不需要非线性变换，物理意义明确。它将成为继向量场的正则形理论之后用于研究非线性动态系统的一个新的有效工具。本论文将模态级数法分别应用于纯交流系统和交／直流互联电力系统的动态稳定性的分析中。作者主要利用所提出的相关指标分析了系统的主导振荡模式、模态间非线性交互作用以及它们之间、它们和控制器之间的非线性相关作用，从而得到对系统动态特性和稳定性产生较大影响的交互模式及与该交互模式、系统主导振荡模式非线性强相关的系统关键控制器，并通过计算控制器参数对非线性相关系统的灵敏度揭示出对非线性系统的动态行为有较大影响的控

关键词：模态级数法交/直流电力系统非线性相关因子主导振荡模式模式间交互作用非线性相关系数灵敏度数值微商关键控制器

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应用模态级数法分析电力系统模式谐振

应用模态级数法分析电力系统模式谐振

2006中国电力系统保护与控制学术研讨会

作者：许自然李伟煤炭科学研究总院东北电力大学电气工程学院

模态级数（modal series）方法是研究非线性系统动态特性的一种新的有效工具,它通过分析模式间的非线性相关作用来达到认识和理解非线性系统的动态特性的目的,在模态空间,从识别低频振荡模式出发,通过分析模式间及模式和状态变量之间的... 详细信息

模态级数（modal series）方法是研究非线性系统动态特性的一种新的有效工具,它通过分析模式间的非线性相关作用来达到认识和理解非线性系统的动态特性的目的,在模态空间,从识别低频振荡模式出发,通过分析模式间及模式和状态变量之间的非线性相关性,确定由谐振所强烈激励的状态变量和相关发电机,得到了一些新观点。简单电力系统算例结果验证了在2阶模式谐振情况下系统非线性振荡将加剧、动态特性和稳定性将变化的正确性。

关键词：模态级数法模式谐振大干扰动态特性非线性相关因子

来源： cnki会议评论

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交直流互联电力系统非线性模态分析

电力系统自动化 2006年第18期30卷 8-12,26页

作者：刘红超李兴源郝巍雷宪章许继集团公司北京市100085 四川大学电气信息学院四川省成都市610065

模态级数是一种新的表示非线性系统动态特性的方法。文中将模态级数法应用于包含高压直流输电(HVDC)的电力系统动态响应分析,提出了一种基于模态级数和符号代数的综合分析技术,用于分析包含HVDC的电力系统。使用该方法,可以研究电力系... 详细信息

模态级数是一种新的表示非线性系统动态特性的方法。文中将模态级数法应用于包含高压直流输电(HVDC)的电力系统动态响应分析,提出了一种基于模态级数和符号代数的综合分析技术,用于分析包含HVDC的电力系统。使用该方法,可以研究电力系统遭受大扰动后的振荡模式和非线性动态行为。其研究结果适合于复杂电力系统的稳定性分析和控制系统设计。所提出的方法可以扩展到包含其他FACTS装置的电力系统。一个测试系统的非线性时域仿真结果证明了该方法的有效性。

关键词：交直流互联电力系统模态交互作用模态级数法高压直流输电

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电力系统3阶解析解的推导及验证

中国电机工程学报 2007年第28期27卷 12-18页

作者：邓集祥陈武晖涂进李佳东北电力大学电气工程学院吉林省吉林市132012

推出基于模态级数法的电力系统动态方程3阶解析解,提出求解电力系统动态方程3阶偏导数的数值微分算法。分别在单机无穷大系统及4机2区域系统,应用2个指标定量对比1阶解析解、2阶解析解及3阶解析解在分析遭受大扰动电力系统动态特性的精... 详细信息

推出基于模态级数法的电力系统动态方程3阶解析解,提出求解电力系统动态方程3阶偏导数的数值微分算法。分别在单机无穷大系统及4机2区域系统,应用2个指标定量对比1阶解析解、2阶解析解及3阶解析解在分析遭受大扰动电力系统动态特性的精确性;并应用prony算法检测数值积分曲线中3阶复合模式的存在。从而,验证采用该文推出的3阶解析解分析遭受大扰动时电力系统动态特性的有效性。

关键词：模态级数法电力系统 3阶解析解大干扰非线性动态特性

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电力系统非线性模式分析方法的比较

中国电机工程学报 2007年第34期27卷 19-25页

作者：吴复霞吴浩韩祯祥甘德强浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

该文对2种电力系统非线性模式分析方法——模态级数法和正规形法进行比较。定性比较模态级数法和正规形法的2阶参与因子。在正规形法原有指标的基础上定义一个非线性指标,并以4机2区系统的算例验证该非线性指标的有效性。为比较模态级... 详细信息

该文对2种电力系统非线性模式分析方法——模态级数法和正规形法进行比较。定性比较模态级数法和正规形法的2阶参与因子。在正规形法原有指标的基础上定义一个非线性指标,并以4机2区系统的算例验证该非线性指标的有效性。为比较模态级数法、正规形法和线性模式分析法所得解对时域仿真解的逼近程度,定义一误差指标,并在4机2区系统中做相关分析。发现模态级数法和线性模式分析法的有效性均不受系统共振的影响,而正规形法的有效性受系统共振情况的影响较大,在系统的2阶共振点附近,其有效域面积较小。通过延长故障的持续时间来改变系统的非线性程度,发现随着系统非线性的增强,模态级数法的误差及其增加速度都是最小的,正规形法次之。

关键词：电力系统非线性模式分析模态级数法正规形方法线性模式分析法参与因子

电力系统低频振荡非线性模态分析方法及分析软件开发

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电力系统低频振荡非线性模态分析方法及分析软件开发

作者：王州强电子科技大学

学位级别：硕士

我国电力工业正处于高速发展时期,电网的规模日渐庞大,“重负荷、弱联系、快速励磁、低阻尼”的情况日趋明显。这使得当今的电力系统成了一个极其复杂的强非线性系统,它时常表现出如状态变量和模式交互作用等非线性现象。而这些非线性... 详细信息

我国电力工业正处于高速发展时期,电网的规模日渐庞大,“重负荷、弱联系、快速励磁、低阻尼”的情况日趋明显。这使得当今的电力系统成了一个极其复杂的强非线性系统,它时常表现出如状态变量和模式交互作用等非线性现象。而这些非线性作用已成为影响系统稳定性的重要因素。传统的线性化分析方法,即使是全模型数值仿真,都很难计及系统内部非线性动态结构信息,并揭示这些非线性奇异现象的实质。目前,研究这类非线性的理论依据主要有正规形理论和模态级数法。前者的2阶解析解对电力系统2阶非线性特性的分析和应用已经相当成熟,而后者相对较少。基于模态级数法的3阶解析解因其表达式十分复杂而不利于编程实现。可见,对电力系统更高阶非线性特性的分析和应用仍处于亟待研究的阶段。如何方便、可靠地对这些非线性特性进行分析,已日益成为电力领域学者的一项重要工作。本文从电力系统小信号分析的算法和软件两个方面进行了研究:1.高阶模态分析方法的研究本文基于正规形理论推导了形式更加简洁的电力系统3阶解析解表达式,并定义了模态交互作用指标,如3阶非线性参与因子、非线性度指标和非线性相互作用指标等。通过3个系统的仿真,验证了该3阶解析解的有效性。并导出了基于该3阶解析解的振荡分析表达式,进行了振荡机理仿真分析。同时,应用正规形理论的2、3阶解析解分析3机9母线系统的非线性相互作用。结果表明,非线性相互作用极其复杂,模态的高阶交互作用具有多样性,在电力系统模态分析中考虑2阶以上的更高阶项的影响是非常必要的。2.电力系统高阶模态分析程序的开发目前国内外广泛使用的电力仿真软件无一例外的只提供了小信号稳定分析(又称小干扰稳定分析)功能,这一功能只能进行线性模态分析,不具备2阶及以上的高阶模态分析功能。针对此空白,本文使用Matlab?编写电力系统高阶分析程序和操作界面,同时集成正规形理论和模态级数法。针对求取系统状态方程的高阶偏导数矩阵的关键和难点,采用了数值微分法来解决。针对高阶偏导数矩阵维数高、稀疏性大的特点,采用现有的稀疏技术保证了计算分析的速度和效率,尽可能减少对内存的占用。同时,该工具采用Java编写了一个接口类来实现了与PSASP的接口,其输入数据由PSASP提供,包括系统数据、潮流和暂态结果数据,并提供m文件格式存储这些输入数据,输出结果采用报表或绘图的形式给出。该分析程序采用界面化操作,可以方便地使用正规形理论和模态级数法进行电力系统振荡等模态分析。

关键词：电力系统模态交互作用模态级数法正规形理论仿真工具

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功角稳定与电压稳定的关联性研究现状与展望

电力系统保护与控制 2012年第12期40卷 41-48,55页

作者：范强彭志炜张靖贵州大学电气工程学院贵州贵阳550003

功角稳定性和电压稳定性是电力系统稳定性的两个方面。功角稳定和电压稳定常常交织在一起,若孤立地对某一方面进行研究都是不全面的。对功角稳定和电压稳定的基本概念及两者的关联性研究现状进行论述。分析了小干扰分析法、能量函数法... 详细信息

功角稳定性和电压稳定性是电力系统稳定性的两个方面。功角稳定和电压稳定常常交织在一起,若孤立地对某一方面进行研究都是不全面的。对功角稳定和电压稳定的基本概念及两者的关联性研究现状进行论述。分析了小干扰分析法、能量函数法、分叉理论、向量场正规形法、模态级数法等方法,讨论了它们的分析原理、特点、存在的不足和近几年来的研究成果。最后对该领域的研究进行总结并指出了模态级数法可望成为功角稳定和电压稳定关联性研究的有力工具。

关键词：电力系统功角稳定电压稳定关联性模态级数法展望

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电力系统小信号模态分析方法的分析和展望

现代电力 2008年第6期25卷 1-7页

作者：王州强黄琦张昌华电子科技大学自动化工程学院四川成都610054

电力系统小信号分析方法是当前学术界研究的热点,但是目前大量使用的特征值分析方法和小干扰下的时域仿真方法仍然不能完全地解决系统的分析问题。首先对研究电力系统的常用模型和小信号分析的主要方法进行了简述。接着,对电力系统小信... 详细信息

电力系统小信号分析方法是当前学术界研究的热点,但是目前大量使用的特征值分析方法和小干扰下的时域仿真方法仍然不能完全地解决系统的分析问题。首先对研究电力系统的常用模型和小信号分析的主要方法进行了简述。接着,对电力系统小信号模态分析的主要研究方法进行了回顾和分析,并对现阶段小信号分析最新的理论(正规型方法和模态级数法)和研究成果进行了详细地论述。最后对该领域的研究进行了总结和展望。

关键词：电力系统小信号模态分析模态相互作用正规型方法模态级数法

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模态级数理论的研究现状与展望

电气开关 2011年第5期49卷 1-3,5页

作者：范强贾彩勤高璐元宵藏亚平贵州大学电气工程学院贵州贵阳550003 内蒙古东部电力有限公司辽宁沈阳110180 河北省电力公司河北邯郸056000 贵州电网公司麻江供电局贵州麻江557600

首先简单介绍常用的电力系统动态分析方法,接着介绍了一种新的分析非线性系统动态特性的方法—模态级数法,及其主要研究内容。最后总结了文献中的主要成果,并对进一步研究提出了展望。

关键词：电力系统非线性模态级数法展望