電網(wǎng)電壓控制系統(tǒng)模型降階方法及預測控制算法研究.pdf

1、目前，我國正在建設清潔低碳、安全高效、可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代能源體系，電網(wǎng)運行方式的多樣性和多變性更加突出，對維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定和正常運行提出了巨大挑戰(zhàn)，電壓穩(wěn)定問題成為其中核心問題之一。
　　電壓控制參考軌跡更新時間長，不能及時反映系統(tǒng)變化，且研究大都基于穩(wěn)態(tài)潮流方程，很難描述和預測電力系統(tǒng)的動態(tài)行為。若干擾嚴重，電壓可能會在到達事故后穩(wěn)定運行點的過程中失去穩(wěn)定，因此使用反映系統(tǒng)動態(tài)行為的模型進行研究是非常必要的。模型預測控制就是一

2、類基于動態(tài)模型的開環(huán)優(yōu)化、閉環(huán)控制方法，在電力系統(tǒng)中應用需解決的主要問題有:預測模型的建立;快速求解滾動優(yōu)化問題，以計算最優(yōu)控制量。當動態(tài)模型維數(shù)較高時，該問題更為突出。
　　基于上述分析，論文以電力系統(tǒng)電壓控制、預測控制、Gramian平衡降階方法為基礎，對電網(wǎng)電壓控制系統(tǒng)模型降階方法及預測控制算法進行深入研究，為電力系統(tǒng)實現(xiàn)電壓預測控制奠定理論基礎，所研究內(nèi)容對于實現(xiàn)電網(wǎng)自動電壓安全預測控制具有較強的可行性。
　　論文的

3、工作主要包括以下幾個方面
　　(1)提出了時間和空間上解耦的分層電壓預測控制模型—包含“軌跡更新控制”子層和“電壓預測控制”子層的兩層優(yōu)化模型。“軌跡更新控制”子層根據(jù)系統(tǒng)的變化，隨時啟動計算用于“電壓預測控制”子層的參考軌跡。“電壓預測控制”子層則采用多步預測技術來預測系統(tǒng)的動態(tài)變化，使本地控制器追蹤“軌跡更新控制”子層計算的參考軌跡，實現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)控制。
　　(2)分析了模型預測控制應用在電壓分層預測控制結構中產(chǎn)生的問

4、題，提出了如下解決方案:
　　(a)提出了采樣多次、優(yōu)化一次、靈活下發(fā)電壓設定值的控制模式;
　　(b)提出了使用分塊化技術描述系統(tǒng)狀態(tài)量和控制量的變化;
　　(c)建立了能夠反映系統(tǒng)全局基本動態(tài)變化的且適合Gramian平衡降階方法應用的多步預測—滾動優(yōu)化模型;
　　(d)提出了使用具有更高收斂精度和穩(wěn)定性的隱式線性多步法進行狀態(tài)軌跡預測;
　　(e)提出了利用積累的歷史采樣值建立灰色動態(tài)模型，為優(yōu)化計算

5、提供迭代初值;
　　(f)提出了應用Warm Start技術及合理設置迭代終止條件的方法減少優(yōu)化計算的迭代次數(shù)。
　　(3)應用Gramian平衡降階方法研究了電力系統(tǒng)線性動態(tài)模型降階問題，分析了研究問題與降階對象之間的關系，提出了使用面向目標的對偶低秩Cholesky因子交替方向隱式方法加快高維李亞普諾夫方程的求解速度，縮短模型降階的時間。將Gramian平衡降階分別應用在基于線性預測模型的多機電力系統(tǒng)勵磁預測控制和電力系

6、統(tǒng)電壓分層預測控制中。
　　(4)應用經(jīng)驗Gramian平衡降階方法研究了電力系統(tǒng)非線性動態(tài)模型降階問題，提出了一種考慮電力系統(tǒng)特點的擾動施加方案用于形成包含豐富系統(tǒng)動態(tài)行為信息的樣本數(shù)據(jù)集，以計算有效經(jīng)驗可控客觀協(xié)方差，改善模型降階效果。將經(jīng)驗Gramian平衡降階分別應用在基于非線性預測模型的多機電力系統(tǒng)勵磁預測控制和電力系統(tǒng)電壓分層預測控制中。
　　(5)在MATLAB電力系統(tǒng)工具包PST的基礎上，搭建用于研究電力系統(tǒng)