不确定强时变强时滞复杂电网环境下混合模型轨迹系统稳定性分析理论及协调控制策略研究

The weakly-interconnected large-scaled long-distance power grid of China is a time delay dynamic system with time-varying, strong random. The stability control of this system is a worldwide problem. Meanwhile, the power system oscillation occurred often because of the application of fast and high gain of excitation, the growth of load, economic and environment and so on. Small signal stability problem is more and more apparent. At this situation, how to guarantee the stability of complicated system is a changeling project. Therefore, Strong time-varying, delays and randomness parameterization models are proposed in this fund to form mixed model trajectory system with perturbed trajectory. The analysis formula and time series of eigenvalues of piece-wise linearization system are deduced using Finsler theory and multiplier matrix, and form the stability analysis theory for mixed model trajectory system. Observer based controller with robust tracking are designed for Youla parameterization. Classify and regression tree are used to search the location of mixed model trajectory system and its stability region in the parameter space. Finally, the adaptive coordinated damping control scheme for power system low-frequency oscillation is formed.

我国初步形成的弱互联、大规模、远距离输电系统，是一个具有强随机性、强时变性以及强时滞性的复杂动力系统，其稳定控制难度之大世界范围内较为罕见。同时，考虑到快速、高增益励磁技术的引进，电力负荷高速增长，以及经济、环保等因素制约，低频振荡现象频繁发生，小干扰稳定问题日益凸显。这种情况下，如何保障复杂大电网安全稳定是一项颇具挑战性的课题。本项目拟从全局信息出发，首先建立考虑强随机、强时变及强时滞因素的参数化模型，并将该模型与实际受扰轨迹相结合，构建一体化混合模型轨迹系统。在此基础上，利用Finsler理论与乘子矩阵，推导分段线性化系统特征根的解析估算公式及其时间序列，并据此建立混合模型轨迹系统稳定性分析理论。同时，对包含各控制单元的混合模型轨迹系统进行Youla参数化处理，并借助分类回归树搜索混合模型轨迹系统在参数空间位置及其稳定域在参数空间的滑动轨迹，最终构建低频振荡鲁棒、自适应、协调控制方案。

伴随着新能源电力的并网发展以及电力电子设备规模化的投入，电网互联引发的稳定性问题日益突出，电力系统呈现强不确定、强时滞、强时变的特点。传统的电力系统分析严重依赖于离线电网模型和假想扰动场景，不能适应新环境下的在线精确分析和控制，甚至造成了多起大停电事故，给社会经济带来难以估量的损失。为了实现新形式下电力系统的在线建模、分析和控制，最大程度地保障电网安全运行，在国家自然科学基金的支持下，本项目开展的主要工作如下：.1、融合模型与轨迹信息，将阶跃性的状态变化过程用跳变模型描述，建立了描述强时变性、强时滞性与强随机电网运行状态的稳定分析模型，并通过时域仿真模拟了在场景跳变下的系统功角变化情况，验证系统模型的准确性。.2、将广义暂态能量函数引入安全域，通过能量函数表征系统在系统场景跳变过程中的动态特性，提出基于动态阻尼的能量阈构建方案，建立能够直观反映不同扰动下系统稳定性的能量稳定域，实现系统在场景跳变下的安全预警。.3、对复杂振荡方式进行量化，构建同时考虑扰动大小和系统状态的鲁棒稳定判据，实现面多场景跳变的电力系统稳定量化分析。进行多工况仿真，验证了该分析方法具有较高的准确性和快速性，并且能够定量描述多场景跳变过程的稳定裕度指标，具有较强的可行性。.4、对关键参数进行筛选，提出了基于实测数据的系统在线辨识方案，实现了系统工况和控制器的最优匹配；设计了广域鲁棒控制器，并在控制器与跳变场景匹配的基础上，实现了控制器之间的平滑切换，对强时变电力系统工况大范围快速变化具有较强适应性。.该项目研究建立了描述不确定、强时变、强时滞电网运行状态的时空多尺度不确定性混合轨迹模型，提出了场景跳变下电力系统的安全预警方案和稳定分析方法，实现了适应多工况下的广域鲁棒自适应协调控制，为新形式下电力系统安全稳定问题提供切实可行的解决方案。