基于改进PSO算法的新型电力系统稳定器PSS4B参数整定研究

摘要

电网互联、发电机重负荷、采用快速励磁、远距离输电的应用，会降低系统阻尼，当系统阻尼较小甚至为负时，极易产生低频振荡。电力系统稳定器(PSS)作为抑制低频振荡的主要措施得以广泛应用。然而，单分支PSS在模型与抑制原理上不尽完善，存在抑制效果不佳的问题。新型电力系统稳定器PSS4B将输入信号分为3个分支，可为不同频段提供合适的补偿相角。由于3分支参数互相影响，不易整定，因此，对PSS4B参数整定的研究具有一定的现实意义。
　　本文首先分析了低频振荡产生机理及PSS抑制振荡的原理，并分别介绍了各种电力系统稳定器的结构及各自优缺点，其中详细说明PSS4B模型;基于PSS4B完整的传递函数，进行部分化简，并确定待优化参数为各分支的带通滤波、相位补偿与增益环节;通过在平衡点线性化，针对单机无穷大系统与多机系统，列写加装简化PSS4B的全系统状态矩阵;利用特征值分析法，编程计算多机系统中机电振荡模式下的特征值、相关因子、机电回路相关比等变量，为PSS4B安装地点选择与参数优化结果定量分析提供了理论依据。
　　其次在基本粒子群(PSO)算法基础上，采用随机权重与杂交操作结合的方法，得到改进PSO算法，利用基准测试函数，将本文改进的PSO算法与其它两种改进PSO算法进行性能比较，结果表明本文改进后的PSO算法在高维度寻优、收敛稳定性与收敛精度上效果良好;将简化PSS4B参数优化分两步进行，首先优化带通滤波与增益环节，其次优化各分支的相位补偿环节，寻优的目标函数为系统输出按最小误差跟踪定值（ITAE准则）综合考虑性能指标，其中误差取各发电机转子角速度偏差的绝对值与各发电机电磁功率偏差的绝对值之和，同时目标函数考虑电力系统不同的典型运行工况，保证优化后PSS4B能提供充分的系统稳定裕度与一定的鲁棒性。
　　最后在MATLAB/Simulink环境下，基于单机无穷大系统与3机9节点系统，利用改进PSO算法进行PSS4B参数优化仿真，结果显示本文优化后的PSS4B较其它整定方法得到的PSS4B在不同运行工况下能更快地抑制振荡，增强系统的动态稳定性;同时，利用特征值分析法定量验证了本文优化后的PSS4B较其它整定方法的PSS4B更能提升系统阻尼。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电力系统低频振荡及其抑制方法

1．2．2 PSS的研究现状

1．2．3 PSS4B的研究现状

1．3 论文主要工作

第2章 电力系统稳定器抑制低频振荡的基本理论

2．1 引言

2．2 低频振荡的基本理论

2．2．1 电力系统低频振荡分析模型

2．2．2 同步发电机励磁系统对低频振荡的影响

2．2．3 PSS抑制低频振荡原理

2．3 常见电力系统稳定器的数学模型

2．3．1 单分支电力系统稳定器模型

2．3．2 多频段电力系统稳定器PSS4B模型

2．4 本章小结

第3章 加装PSS4B的系统特征值分析

3．1 引言

3．2 系统状态矩阵的形成

3．2．1 加装PSS4B的单机无穷大系统线性化模型

3．2．2 加装PSS4B的多机系统线性化模型

3．3 特征值分析法的基础理论

3．3．1 特征值与特征向量的数学意义

3．3．2 相关因子与机电回路相关比的定义

3．4 本章小结

第4章 基于改进粒子群算法对PSS4B的参数优化

4．1 引言

4．2 基本粒子群优化算法

4．2．1 基本粒子群算法原理

4．2．2 粒子群算法中参数意义

4．3 改进粒子群算法

4．3．1 PSO算法的改进内容

4．3．2 改进PSO算法的流程

4．3．3 优化性能分析

4．4 改进PSO算法对PSS4B参数优化的理论基础

4．4．1 适应度函数的选取

4．4．2 改进PSO算法对PSS4B参数优化问题表述

4．4．3 仿真研究改进PSO算法参数的选取

4．5 本章小结

第5章 PSS4B参数优化的算例仿真与验证

5．1 引言

5．2 单机无穷大系统中PSS4B参数优化

5．2．1 单机无穷大系统中PSS4B参数优化及特征值分析

5．2．2 单机无穷大系统的动态仿真验证

5．3 3机9节点系统PSS4B参数优化

5．3．1 3机9节点系统中PSS4B参数优化及特征值分析

5．3．2 3机9节点系统的动态仿真验证

5．4 本章小结

全文总结

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表论文和科研情况