基于Matlab的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析【實用文檔】doc

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基于Maｔｌａb的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析基于Matlab的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載PRＳhａｒma＊1，NａrenderＨooda2法里達(dá)巴德ＹＭCA科技大學(xué)，印度DCＲ科技大學(xué),Mｕrthal摘要:本文介紹了多機(jī)系統(tǒng)與基于Sｉmｕlｉnk模型的幫助下暫態(tài)穩(wěn)定評估。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是基于從時域仿真輸出得到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對角度。IEEE9條公交系統(tǒng)的自給自足的模式已經(jīng)給出充分的細(xì)節(jié)，通過在不同的故障清除時間(ＦCT）的暫態(tài)穩(wěn)定性分析，結(jié)果相對于模型在PＳpｉce等電磁暫態(tài)仿真程序更準(zhǔn)確和令人滿意。關(guān)鍵詞:MAＴLAＢ；Simuｌink;FCT；暫態(tài)穩(wěn)定1。簡介現(xiàn)代電力系統(tǒng)由于安裝大型發(fā)電機(jī)組、特高壓聯(lián)絡(luò)線是一個復(fù)雜的系統(tǒng).由于增加了操作可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)高度危險的狀態(tài),所以對對電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定的需要是在不斷增加的。暫態(tài)穩(wěn)定評估（ＴSA）是電力系統(tǒng)的發(fā)展對電力系統(tǒng)保持平衡的能力的進(jìn)化時受到擾動的動態(tài)安全評估的一部分。系統(tǒng)反應(yīng)這類大的變化對轉(zhuǎn)子角、功率流母線電壓和其他系統(tǒng)變量對系統(tǒng)的干擾.暫態(tài)穩(wěn)定性是表征經(jīng)受故障電力系統(tǒng)的動態(tài)特性的情況下，初始狀態(tài)下繼續(xù)進(jìn)行故障是平衡的。如果一個系統(tǒng)故障后能保持同步運行并返回到初始狀態(tài)或接近它可認(rèn)為該系統(tǒng)具有暫態(tài)穩(wěn)定性。暫態(tài)穩(wěn)定性是兩個操作條件和干擾的功能。這使得暫態(tài)穩(wěn)定分析的復(fù)雜系統(tǒng)的非線性關(guān)系不可忽視。在穩(wěn)定評估臨界清除時間(ＣCＴ）是為了維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常重要的參數(shù).CCT是最大持續(xù)時間發(fā)生在電力系統(tǒng)的失穩(wěn)可能故障。故障清除時間是隨機(jī)設(shè)置的.如果故障清除時間(ＦCT）比CCT更那么相對轉(zhuǎn)子角度會失去穩(wěn)定和系統(tǒng)將失去穩(wěn)定.通常用來查明了ＴＳA的方法是通過使用時域仿真,直接和人工智能的方法.時域仿真方法實現(xiàn)了狀態(tài)空間微分的求解方法.Simulｉｎk是一個互動的環(huán)境建模和模擬各種各樣的動態(tài)系統(tǒng)。一個系統(tǒng)是容易模塊構(gòu)建和迅速顯示出結(jié)果來。Sｉmｕlink中用于研究系統(tǒng)的非線性的影響，并因此是一種理想的研究工具.Siｍｕlink中的用途是在電力系統(tǒng)的領(lǐng)域，并且也是在其他領(lǐng)域迅速發(fā)展的研究工作.在本文中的多機(jī)9臺總線系統(tǒng)在Matlab／Simulｉnk和暫態(tài)穩(wěn)定分析與位于總線故障進(jìn)行建模。2。系統(tǒng)建模該系統(tǒng)使用ＩEEE9總線系統(tǒng)有三臺發(fā)電機(jī)，六傳行,三負(fù)荷和三的變壓器,如圖1所示.該基地是１0０MＶA,系統(tǒng)頻率為60Hz。系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示在附錄１，故障發(fā)生在節(jié)點7而且故障時間是在節(jié)點5到節(jié)點7之間清除的。故障清除時間是隨機(jī)設(shè)置的.整個系統(tǒng)用數(shù)學(xué)方程在Simulｉｎk中建模。所有節(jié)點除了電機(jī)節(jié)點外都被消除故障而且多端口表示的發(fā)電機(jī)內(nèi)部沒有得到。利用自動和傳輸導(dǎo)納參數(shù)，可以得到發(fā)電機(jī)的電氣網(wǎng)絡(luò)的電力輸出的自導(dǎo)納參數(shù)。在附錄中給出了減少導(dǎo)納矩陣的程序。導(dǎo)納矩陣是增加了包括發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電抗.讓后的負(fù)載阻抗包含被劃分為（1）其中子矩陣M階×Ｍ和對應(yīng)的節(jié)點，發(fā)電機(jī)節(jié)點和、、是其他子矩陣。然后增廣節(jié)點導(dǎo)納矩陣,把地面作為參考將表示為：(2）矩陣采用克朗減少公式消除所有巴士降低期望母線。為對稱的三階段，在總線上的總線,對應(yīng)于總線的行和列設(shè)置為零,在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)減少。在穩(wěn)定性分析中，需要計算出三個減少矩陣的故障，故障和故障后的電力系統(tǒng)。FigureSEQFiｇure\*ARＡBＩC1ＷSＣC3機(jī)９節(jié)點系統(tǒng)每個機(jī)器的發(fā)電機(jī)的電力輸出是由以下公式計算：（3)這里：（4）下面給出了運動方程：(5)和：（6)值得注意的是，在故障前(t＝0）下標(biāo)0是用來表示預(yù)條件的。由于網(wǎng)絡(luò)的變化，由于故障,相應(yīng)的值將改變上述方程。3．Simｕlｉｎk模型完整的三個發(fā)電系統(tǒng)示于fｉg１已作為模擬仿真單積分模型。圖2為暫態(tài)穩(wěn)定研究的系統(tǒng)框圖。子系統(tǒng)1是用來計算每個發(fā)電機(jī)的電力輸出。該模型也有利于模擬參數(shù)的選擇，如啟動時間，停止時間,求解器等。FiguｒeSEＱＦigｕｒe\＊AＲAＢIC２暫態(tài)穩(wěn)定分析的完整系統(tǒng)模型FｉｇuｒeＳEＱFｉｇure\*ＡRABＩC3Sｉｍｕｌｉnk模型計算的電力發(fā)電機(jī)1的輸出4。仿真結(jié)果系統(tǒng)反應(yīng)了ＦＣＴ值不同。故障發(fā)生在節(jié)點7而且故障時間是在節(jié)點5到節(jié)點７之間清除的。圖4（a）和（b）顯示發(fā)電機(jī)的相對角位置，以發(fā)電機(jī)為基準(zhǔn)，每個發(fā)電機(jī)的角度。圖（c)和(d）顯示加速的力量和各發(fā)電機(jī)的角速度為FCT等于０.1圖表明,轉(zhuǎn)子角彼此同步地使系統(tǒng)穩(wěn)定時，故障清除時間是０。1ｓeｃ.aｓFＣＴ增加系統(tǒng)將朝著不穩(wěn)定的FCT越大,CCT。當(dāng)FCT在0.3秒.系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖５(a）－(d）顯示的加速能力,相對角位置和角速度的發(fā)電機(jī)和圖５（ｂ)顯示的故障清除時間增加發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角度去同步和系統(tǒng)失穩(wěn)。FｉｇurｅSEQFigure\＊ＡRABIC４ａ角相對角位置（故障清除在0．1s)Fｉgure4b單個發(fā)電機(jī)的角位置(故障清除在0。1s)Ｆiguｒe4ｃ發(fā)電機(jī)加速能力（故障清除在0.1s）Ｆｉｇurｅ４ｄ發(fā)電機(jī)角速度（故障清除在０。1s)ＦiｇurｅＳEQFigｕｒe\＊AＲABIC５a加快電力發(fā)電機(jī)(故障清除在０.３s)Figuｒe5ｂ發(fā)電機(jī)相對角位置(故障清除在０.3s）Figuｒe5ｃ單個發(fā)電機(jī)的角速度（故障清除在０。３s）圖6（a）—(b）示出了相對轉(zhuǎn)子角度和發(fā)電機(jī)的加速功率。圖6（a)顯示轉(zhuǎn)子角同步使系統(tǒng)不穩(wěn)定。FigureSEQFiguｒe＼＊ARABIC6a相對角（故障清除在0.5s）Fiｇure6ｂ加速功率的發(fā)電機(jī)（故障清除在0．5s）5。結(jié)論一個完整的模型來研究多機(jī)系統(tǒng)的暫態(tài)性能的開發(fā)利用Sｉmulink。它基本上是一個傳遞函數(shù)和塊圖表示的系統(tǒng)方程.模擬不同的FCT系統(tǒng)和結(jié)果是非常令人滿意的。仿真模型是非常用戶友好和暫態(tài)穩(wěn)定分析模型為非線性微分方程的快速和精確解。Aｐpendixｎ=9；Y=zerｏs（n）；ｎ=ｎ-1;i＝1；k＝1；foｒｉｉ=１：locs；ａdｄ=ｌoc（ii+1）-loｃ（iｉ）；fｏrkk=１:add;Ｊ＝c(ｋ）;Y（i,i）=Y(ｉ，i）+1/e（k）;ifJ==0；dｉsｐ（'branch’)k=k+1;elｓeY（J，Ｊ）＝Ｙ(Ｊ，J)+1/e（k);Ｙ（i,Ｊ）=Ｙ（i，Ｊ）—1/e(k）;Y(J,i）=Y（i，Ｊ）;k=k＋1;ｅndenｄｉ=i+1；ｅndY參考文獻(xiàn)：［1］P.Kｕndur，PｏweｒｓｙsteｍＳtabiliｔyanｄconｔrｏl,ＥPRIPoweｒＳytｅｍＥngｉｎeeｒiｎｇSｅries.［2］I.J．NagrathanｄD。P．Kothaｒｉ，PowersystemEnｇiｎｅeｒｉng［３］?Ｌoｕis—ADessaｉｎtetal。，‘ＰｏwesｙstemsimulaｔｉontoolbasｅdonSｉｍulinｋ，IEEETｒaｎs.IndusｔrｉａlElectronica１999，１252—1254[4] 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是故障發(fā)生后,由于測量阻抗在阻抗圓內(nèi)，故而控制系統(tǒng)輸出高電平，即B1為１,使得兩輸入選擇器選擇A端與常數(shù)相連接變?yōu)椋?這一信號傳給斷路器,最終使得斷路器在短路瞬間保護(hù)動作而斷開。圖6控制觸發(fā)信號上述兩個波形是重合的,其中TＳ表示或門所輸出的邏輯電平，B1表示兩開關(guān)的邏輯狀態(tài)，在０.２（S）以前輸出邏輯“０”，之后為“１"。對三相電壓和電流的幅值相角進(jìn)行仿真分析，由波形可知其幅值開始是平穩(wěn)的,但是在故障發(fā)生后就突然發(fā)生很大的波動，故障消失后,由于斷路器的保護(hù)斷開使得電流幅值也趨于0，而電壓基本不受影響,使用FＦＴ組件進(jìn)行快速傅里葉變換來得到三相電壓基頻的幅值和相角如圖7所示,此外圖中也給出了控制故障源發(fā)生故障的時序控制ｆlt的波形，在０.2（S）發(fā)生故障,為高電平，其持續(xù)時間也是0。2(S)。圖7A相接地故障時電壓的幅值和相角變化曲線在上圖中,橫軸單位為秒（S)，vｍ表示三相電壓的幅值(kV)，vｐ表示三相電壓的相角（ｒaｄ)，fit的縱軸表示故障的邏輯選通“0”表示關(guān)斷故障,而“1"表示出現(xiàn)故障，藍(lán)色表示A相,綠色表示Ｂ相，紅色表示C相.3．２相間故障的分析將模型中的三相故障源的故障類型設(shè)置成AＢ相間短路,其他參數(shù)不變。仿真得到如圖8所示的電壓電流、波形以及功率波形，其變化規(guī)律與單相接地大致相同,主要是故障期間波形的不太一樣，因為未發(fā)生故障時兩者的負(fù)荷以及輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變,但是故障期間由于短路時等效接地電阻等因素不同而使得短路電流有所不同。圖8AＢ短路時各電氣量變化規(guī)律在上述波形中：橫坐標(biāo)單位為(S)，選取時間范圍是0(S）到0．5(S)；縱坐標(biāo)各變量單位為Vs（ｋV）、Is(kA）、Ｐs（MＷ）、Qｓ(MVaｒ）；三相電壓和電流中藍(lán)色表示A相,綠色表示B相，紅色表示C相.結(jié)語本文利用PSCAD4。2軟件搭建了電力系統(tǒng)距離保護(hù)的模型,能夠正確反映保護(hù)范圍內(nèi)的各種相間故障和接地故障，并對模型進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明該軟件對電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程仿真有很好的作用,從而驗證了該模型是能夠準(zhǔn)確反應(yīng)距離保護(hù)的作用機(jī)理。進(jìn)一步表明了ＰSCAＤ4．2對電網(wǎng)的仿真運行分析提供了一種光明前景，使得電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行得到進(jìn)一步的增強(qiáng)。參考文獻(xiàn)[1］李曉明．Ⅲ段距離保護(hù)作為后備保護(hù)的性能分析[Ｊ］.繼電器,2005，3３（1５）:９－12。[2］楊蘭，楊廷芳.Matlab／SIMULINＫ在繼電保護(hù)設(shè)計中的應(yīng)用［J].電氣傳動自動化,2０06，２8（1):53-55．［3]劉強(qiáng).基于Mａt(yī)laｂ的微機(jī)保護(hù)原理教學(xué)仿真平臺［Ｊ］。電氣電子教學(xué)學(xué)報，２007，29（3)：9５－９８。[4]索南加樂，許慶強(qiáng)．自適應(yīng)接地距離繼電器［Ｊ]．電力系統(tǒng)自動化，２0０5，29(17）：54-５8．[5]李巖，陳德樹，尹項根等。新型自適應(yīng)姆歐繼電器的研究[J］．中國電機(jī)工程學(xué)報，20０3，23（1）:80—8３．[6]沈冰，何奔騰，張武軍。新型自適應(yīng)繼電器［J].電力系統(tǒng)自動化，2007,31(7）:39－44．［７］李廣凱，李庚銀。電力系統(tǒng)仿真軟件綜述[J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2005，27(3):６１－65．［８］李學(xué)生．PＳCAD建模與仿真［Ｍ］．北京:中國電力出版社,2013.[9]賀家李，李永麗，董新洲等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M］。北京：中國電力出版社，２0１0。[10]張保會，尹項根．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］.北京：中國電力出版社，２０05?！峨娏ο到y(tǒng)設(shè)計》報告題目：基于MATLAB的電力系統(tǒng)仿學(xué)院：電子信息與電氣工程學(xué)院班級:13級電氣1班姓名:田震學(xué)號：20131090124日期：2015年12月6日基于MATLAB的電力系統(tǒng)仿真摘要：目前,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電能需求量的日益增長，電力系統(tǒng)規(guī)模越來越龐大,超高壓遠(yuǎn)距離輸電、大容量發(fā)電機(jī)組、各種新型控制裝置得到了廣泛的應(yīng)用，這對于合理利用能源，充分挖掘現(xiàn)有的輸電潛力和保護(hù)環(huán)境都有重要意義。另一方面，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以城市為中心的區(qū)域性用電增長越來越快,大電網(wǎng)負(fù)荷中心的用電容量越來越大,長距離重負(fù)荷輸電的情況日益普遍，電力系統(tǒng)在人們的生活和工作中擔(dān)任重要角色,電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行直接影響著人們的日常生活。從技術(shù)和安全上考慮直接進(jìn)行電力試驗可能性很小，因此迫切要求運用電力仿真來解決這些問題.電力系統(tǒng)仿真是將電力系統(tǒng)的模型化、數(shù)學(xué)化來模擬實際的電力系統(tǒng)的運行,可以幫助人們通過計算機(jī)手段分析實際電力系統(tǒng)的各種運行情況，從而有效的了解電力系統(tǒng)概況。本文根據(jù)電力系統(tǒng)的特點，利用MATLAB的動態(tài)仿真軟件Simulink搭建了無窮大電源的系統(tǒng)仿真模型，得到了在該系統(tǒng)主供電線路電源端發(fā)生三相短路接地故障并由故障器自動跳閘隔離故障的仿真結(jié)果，并分析了這一暫態(tài)過程。通過仿真結(jié)果說明MATLAB電力系統(tǒng)工具箱是分析電力系統(tǒng)的有效工具。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；三相短路;故障分析；MATLAB仿真目錄HYPERLINK\l”_Toc437449423"一．前言 2二．無窮大功率電源供電系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建 3HYPERLINK\l”_Toc437449425"1.總電路圖的設(shè)計 3HYPERLINK\l”_Toc437449426"2.各個元件的參數(shù)設(shè)定 42。1供電模塊的參數(shù)設(shè)定 4_Toc437449429”2.3輸電線路模塊的參數(shù)設(shè)置 5_Toc437449431"2.5三相線路故障模塊參數(shù)設(shè)置 6_Toc437449433"3。仿真結(jié)果 7一．前言：電力系統(tǒng)故障分析主要是研究電力系統(tǒng)中由于故障所引起的電磁暫態(tài)過程，搞清楚暫態(tài)發(fā)生的原因、發(fā)展過程及后果，從而為防止電力系統(tǒng)故障、減小故障損失提供必要的理論知識.電力系統(tǒng)可能發(fā)生的故障類別比較多，一般可分為簡單故障和復(fù)合故障。簡單故障指的是電力系統(tǒng)正常運行時某一處發(fā)生短路或斷相故障，而復(fù)合故障則是指兩個或兩個以上簡單故障組合。在這些故障中,三相短路故障是電力系統(tǒng)中危害最嚴(yán)重的故障.本次通過對無窮大功率電源供電系統(tǒng)三相短路仿真,來簡要的介紹下MATLAB在電力系統(tǒng)故障分析中的應(yīng)用。短路問題是電力技術(shù)方面的基本問題之一.在發(fā)電廠、變電站以及整個電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行工作中,都必須事先進(jìn)行短路計算和仿真,以此作為合理選擇電氣接線、選用有足夠熱穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度的電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體、確定限制短路電流的措施、在電力系統(tǒng)中合理地配置各種繼電保護(hù)并整定其參數(shù)等的重要依據(jù)。為此，掌握短路發(fā)生以后的物理過程以及對短路過程的仿真計算方法是非常必要的。二．無窮大功率電源供電系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建1.總電路圖的設(shè)計設(shè)線路參數(shù)為L=50Km，,；變壓器的額定容量，短路電壓，短路損耗,空載損耗，空載電流,變比,高低壓繞組均為Y形聯(lián)接；并設(shè)供電點電壓為110kV。其對應(yīng)的Simulink仿真模型如下:圖1無窮大功率電源供電系統(tǒng)的Simulink仿真圖表1仿真電路中各模塊名稱及提取路徑模塊名提取路徑無窮大功率電源10000MV/A，110kVSourceSimPowerSystems/EletricalSources三相并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊5MWSimPowerSystems/Elements串聯(lián)RLC支路Three-PhaseSeriesRLCBranchSimPowerSystems/Elements雙繞組變壓器模塊Three-PhaseTransformerSimPowerSystems/Elements三相故障模塊Three-PhaseFaultSimPowerSystems/Elements三相電壓電流測量模塊Three—PhaseFaultSimPowerSystems/Measurements示波器模塊ScopeSimulink/Sinks電力系統(tǒng)圖形用戶截面PowerguiSimPowerSystems2。各個元件的參數(shù)設(shè)定2。1供電模塊的參數(shù)設(shè)定圖2供圖2供電模塊的參數(shù)設(shè)置2。2變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置變壓器T采用標(biāo)幺值，則在Simulink的三相變壓器模型中，一次、二次繞組漏感和電阻的標(biāo)幺值以額定功率和一次、二次側(cè)各自的額定線電壓為基準(zhǔn)值,勵磁電阻和勵磁電感以額定功率和一次側(cè)額定線電壓為基準(zhǔn)值。則一次側(cè)的基準(zhǔn)值為二次側(cè)的基準(zhǔn)值為因此,一次繞組漏感和電阻的標(biāo)幺值為同理，，，，，則變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置如下圖3所示：圖3采用標(biāo)幺值時變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置2.3輸電線路模塊的參數(shù)設(shè)置輸電線路L采用“Three—PhaseSeriesRLCBranch"模型。根據(jù)給定的參數(shù)計算可得:，輸電線路模塊的參數(shù)設(shè)置如下圖4所示:圖4輸電線路模塊的參數(shù)設(shè)置2。4三相電壓電流測量模塊三相電壓電流測量模塊“Three-PhaseV-1Measurement”將在變壓器低壓側(cè)測量到的電壓、電流信號轉(zhuǎn)變成Simulink信號，相當(dāng)于電壓、電流互感器的作用，其參數(shù)設(shè)置如下圖5所示。圖5三相電壓電流測量模塊2。5三相線路故障模塊參數(shù)設(shè)置仿真時,故障點的故障類型等參數(shù)采用三相線路故障模塊“Three—PhaseFault”來設(shè)置，如圖6所示.該模塊參數(shù)區(qū)域中的主要選項說明如下：1）PhaseAFault、PhaseBFault和PhaseCFault用來選擇短路故障相。2)Faultresistaances用來設(shè)置短路點的電阻,此值不能為零。3）GroundFault選項用來選擇短路故障是否為短路接地故障。4）Groundresistances當(dāng)故障類型是短路接地故障時顯示該項，用來設(shè)置接地故障時的大地電阻。5）Externalcontroloffaulttiming可以添加控制信號來控制該模塊故障的啟動和停止.6）Transitionstatus和Transitiontimes用來設(shè)置轉(zhuǎn)換狀態(tài)和轉(zhuǎn)換時間；其中，Transitionstatus表示故障開關(guān)的狀態(tài),通常用“1"表示閉合，“0”表示斷開;Transitiontimes表示故障開關(guān)的動作時間；并且每個選項都有兩個數(shù)值，而且它們是一一對應(yīng)的.7)Snubbersresistance和snubbersCapacitance用來設(shè)置并聯(lián)緩沖電路中的過渡電阻和過渡電容.8)Measurements用來選擇測量量。6圖6三相線路故障模塊參數(shù)設(shè)置2。6三相并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊參數(shù)設(shè)置圖7三相并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊參數(shù)設(shè)置3.仿真結(jié)果圖中，黃色線電流數(shù)據(jù)，代表了“A"相閉合，“B、C”相斷開；藍(lán)色線電流數(shù)據(jù)，代表了“B"相閉合，“A、C”相斷開；紫絲線電流數(shù)據(jù),代表了“C”相閉合，“A、B”相斷開。基于H∞控制理論的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器蔡超豪,王奇１引言?電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）作為一種附加的勵磁控制裝置對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的改善具有重要作用。但由于它是在系統(tǒng)某典型運行點將電力系統(tǒng)模型線性化而設(shè)計的，當(dāng)運行點發(fā)生變化時,PSＳ對振蕩的抑制作用會有所減弱，必須仔細(xì)選擇其參數(shù)才能使其具有較好的適應(yīng)性。H∞控制理論是當(dāng)代控制理論中一個引人注目的分支,它以某一閉環(huán)傳遞函數(shù)的Ｈ∞范數(shù)作為性能指標(biāo)謀求最優(yōu)控制,H∞控制理論可以解決具有建模誤差、參數(shù)不確定和干擾頻譜不固定系統(tǒng)的控制問題。將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定器設(shè)計，可以將系統(tǒng)的非線性作為不確定因素計入設(shè)計方案，因而設(shè)計出的穩(wěn)定器具有很好的魯棒性。本文研究了H∞設(shè)計中權(quán)函數(shù)的選擇方法,應(yīng)用Matlab工具箱進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計。實例仿真表明,基于Ｈ∞控制理論的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器,配合PID電壓調(diào)節(jié)器使用，具有良好的動態(tài)品質(zhì)和調(diào)節(jié)精度，并能在較大的運行范圍內(nèi)抑制振蕩，提高電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。為了方便起見本文將常規(guī)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡稱為CPＳS,而將按H∞控制理論設(shè)計的穩(wěn)定器簡稱為HPSS。?2混合靈敏度問題

許多控制問題均可統(tǒng)一于標(biāo)準(zhǔn)H∞控制問題.在實際控制系統(tǒng)中,經(jīng)常是干擾和受控對象的不確定性同時存在。同時抑制干擾和受控對象的不確定性稱為H∞控制的混合靈敏度問題。以圖1的反饋控制系統(tǒng)為例，G（s）為被控對象的傳遞函數(shù),K（ｓ）為控制器，y為系統(tǒng)輸出信號，u為控制輸入，ｖ為對象輸出,r為參考輸入,e為控制誤差,d為加權(quán)后的干擾輸入。W1(s）、W２（s）、W３(s)、V（ｓ）為加權(quán)函數(shù)，w是加權(quán)前的干擾信號，ｚ1、z2、z3為加權(quán)后的輸出.如果不考慮加權(quán)函數(shù),干擾w到輸出z１、z２、z3的閉環(huán)傳遞函數(shù)絕對值分別稱為靈敏度函數(shù)S、輸入靈敏度函數(shù)R和互補(bǔ)靈敏度函數(shù)T:

S=(I＋GK）—１

Ｒ＝Ｋ（I＋ＧＫ)－1＝KSＴ=GＫ（I＋GK）—1＝I－S

∥S∥∞是閉環(huán)系統(tǒng)對干擾抑制能力的度量，∥R∥∞是對加性攝動（中低頻模型參數(shù)攝動）G+ΔG中允許攝動ΔG幅度大小的度量，而∥T∥∞是對乘性攝動(高頻未建模不確定性）（I+Δ)G中允許攝動Δ幅度大小的度量.?干擾w到輸出z1、z2、z3的傳遞函數(shù)陣為:混合靈敏度優(yōu)化問題就是尋求真實有理函數(shù)控制器K，使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定,且滿足性能指標(biāo)這樣混合靈敏度問題就轉(zhuǎn)化為一個標(biāo)準(zhǔn)H∞控制問題。由圖1也可得出:?式中P稱為增廣被控對象。增廣被控對象也可用狀態(tài)方程來表示：求解H∞控制問題經(jīng)常采用增廣對象的狀態(tài)空間表達(dá)式來進(jìn)行。所以先在頻率域內(nèi)選擇加權(quán)函數(shù)W1、W2、W3、Ｖ，使之滿足閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計的多目標(biāo)要求，然后轉(zhuǎn)化成狀態(tài)空間表達(dá)式,在時域內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。Ｍatlａb魯棒控制工具箱中提供了專門的函數(shù)來構(gòu)造增廣對象的狀態(tài)空間表達(dá)式。由增廣對象求控制器K，需要解２個黎卡提方程,Matlaｂ工具箱中也設(shè)置了專門的函數(shù)來求解。?３加權(quán)函數(shù)選擇?３.１加權(quán)函數(shù)V（s)

V(ｓ)用來配置閉環(huán)控制系統(tǒng)的極點。如果控制對象的開環(huán)系統(tǒng)具有弱阻尼極點(離虛軸很近）的話，在構(gòu)成控制器以后這些極點將作為閉環(huán)系統(tǒng)極點出現(xiàn),使設(shè)計的控制系統(tǒng)不能取得滿意的效果。為此采用部分極點配置技術(shù)，選擇加權(quán)函數(shù)V=M／E，用Ｅ抵消控制對象的弱阻尼極點，用M來重新安排開環(huán)系統(tǒng)極點的位置,增大極點的實部,使阻尼比達(dá)0．3以上。

3．2加權(quán)函數(shù)W1(s）

W１（s）是靈敏度函數(shù)S的加權(quán)函數(shù)。由于干擾通常發(fā)生在低頻范圍，為了抑制干擾，期望Ｓ在低頻段的增益盡量小,所以低頻段的加權(quán)值應(yīng)盡量大，故選W1(s)為具有低通性質(zhì)的真實有理函數(shù),即W1（s)反映了干擾的頻譜特性.如低頻干擾的頻率寬度為ω1，取W1(s)的轉(zhuǎn)折角頻率ω′１≥ω1,若不能滿足，則可將W1(s)取為二階函數(shù)。

3．3加權(quán)函數(shù)W3(s）?W3（ｓ）是互補(bǔ)靈敏度函數(shù)T的加權(quán)函數(shù)，為乘性攝動的范數(shù)上界，并且有S+T＝Ｉ。對于給定的頻率ω,如果要求S的增益很小，那么T將近似為I，由性能指標(biāo)看出Ｗ3必須很小,從而降低了系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性。相反地，如果要求系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒穩(wěn)定