12、现代最优控制在电力系统中抑制次同步振荡的应用

现代最优控制在电力系统中抑制次同步振荡的应用

1. 引言

在七八十年代，不同国家发生了多起事件，促使人们对汽轮发电机扭转激励的原因以及受激振荡对电机轴的影响展开研究。其中最著名的是1970年和1971年在内华达州莫哈韦电站发生的两起轴故障，这是由次同步谐振（SSR）引起的。固定串联电容器带来的一个主要问题就是SSR现象，它是由补偿输电线路与汽轮发电机轴之间的相互作用产生的，会导致电机轴上出现过高的振荡扭矩，从而使轴疲劳和损坏。

这些事件引起了整个行业的关注，激发了人们对发电厂与电力系统之间相互作用的浓厚兴趣。扭转相互作用涉及汽轮发电机和电网之间的能量交换，因此，对SSR的分析需要同时考虑发电单元的机电动力学和输电网络的电磁动力学。用于SSR研究的动态系统模型比用于稳定性研究的模型阶数更高、刚度更大。本研究采用特征值分析方法，通过将网络和发电机用线性联立微分方程组建模来进行特征值分析。描述同步电机和输电网络动态性能的微分方程和代数方程通常是非线性的，为了进行稳定性分析，可假设扰动较小，对这些方程进行线性化。使用线性技术的小信号分析可以提供有关电力系统固有动态特性的有价值信息，并有助于其设计。

本研究提出了两种创新方法，以提高线性最优控制在缓解电力系统次同步谐振方面的性能。首先，引入了一种基于将系统状态矩阵的特征值移到s平面左侧的技术，该控制器是具有确定稳定度的线性最优控制器的扩展状态，因此称为扩展最优控制。本文提出的设计旨在控制附近汽轮发电机的严重次同步振荡，该策略在第二个基准模型上进行了测试，并通过仿真与最优全状态反馈方法进行了比较，结果表明该方法能为这些振荡提供更合适的阻尼。

在一些实际应用中，测量所有状态变量是不可能且不经济的。因此，本章还提出了另一种基于