区域电力系统分析文献综述

附录1
区域电力系统规划设计及最优励磁控制的文献综述
在高速发展的现代社会中，电力工业是国民经济的基础，在国民经济中的作用已为人所共知：它不仅全面地影响国民经济其它部门的发展，同时也极大地影响人民的物质和文化生活水平的提高，影响整个社会的进步。

改革开放以来，电力工业取得了突飞猛进、举世瞩目的辉煌成就，从1996年起，我国发电机装机容量和年发电均居世界第二位，超过了俄罗斯和日本，仅次于美国，进入世界电力生产和消耗大国行列。

发电厂规模和单机容量的大幅度提高，标志着我国的电力工业已经进入一个飞速发展的新时期[6] 。

电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。

电力系统是由电能的生产、输送、分配和消费的歌环节组成的整体，它与其他工业系统相比，具有很多的特点：
1 电能的生产和消费具有同时性
由于电能的生产和消费是一种能力形态的转换，要求生产与消费同时完成，因此电能难于储存。

从这个特点出发，在电力系统运行时就要求发电厂在任何时刻发出的功率，必须等于该时刻用电设备所需的功率、输送和分配环节中的功率损耗之和[7]。

2 电能与国名经济各部门和人民日常生活关系密切
由于电能可以方便地转化为其他形式的能，且易于远距离传送和自动控制，因此得到广泛的应用。

供电的突然中断会产生严重的后果。

3 电力系统的过度过程非常短暂
由于电能以光速传播，所以运行情况发生变化所引起的电磁和机电过度过程十分短暂。

电力系统正常操作和发生故障时，从一种运行状态到另一种运行状态的过渡极为迅速，这就要求必须采用各种自动装置（包括计算机）来迅速而准确地完成各项调整和操作任务[8]。

从电力系统以上的特点出发，根据电力工业在国民经济中的地位和作用，决定了对电力系统运行有一下要求：
1 保证安全可靠地供电
电力系统供电中断将使生产停顿、生活混乱、甚至危及人身和设备安全，给国民经济带来严重的损失。

为此，首先要保证电力设备的产品质量，努力搞好设备的正常运行维护；其次，要提高运行水平和自动化程度，防止误操作的发生，在事故发生后应尽量防止事故扩大，等等。

当然，要防止事故的产生是不可能的，而各类电力负荷对供电可靠性的要求也是不同的。

首先要保证第一类负荷，然后保证第二类负荷，最后保证第三类负荷。

当系统长生事故，出现供电不足的情况下，应首先切除第三类负荷，以保证第一、第二类负荷的用电。

通常，对第一、而类负都设置有两个或两个以上的独立电源，一边在任意电源故障时，保证供电不致中断。

2 保证良好的电能质量[11]
电能质量的指标是频率、电压和交流点的波形。

当三者在允许的变动范围之内时，为质量合格的电能；当上述三者偏差超过容许范围时，不仅严重影响用户的工作，对电力系统本身的运行也又严重危害。

因此，保证良好的电能质量是电力系统运行的重要任务。

3 保证电力系统运行的经济性[6]
电能生产的规模很大，消耗的能源在国民经济能源总消耗中占的比重很大，而且电能又是工农业生产的主要动力，因此，提高电能生产的经济性具有十分重要的意义。

表征电力系统经济性的指标有煤耗、网损率和厂用电率。

煤耗是指发电厂生产1KWh电能所消耗的标准煤量；网损率是指电力网中损耗的电量占向电力网供电电量点百分比；厂用电率是指发电厂自用电量占发电量的百分比。

我国电力系统中，发电机单机容量不断增长，300MW的单机已成为系统中的主力机组，600MW的单机也逐步进入一些大型电力系统[9]。

世界各国电力工业发展的经验告诉我们，电力系统愈大，调度运行就愈能合理和优化，经济效益就愈好，应变事故的能力就愈强。

所以很多发达国家的电力系统都已联合成统一的国家电力系统，甚至联合成跨国电力系统。

例如，西欧各国、前苏联与东欧各国、北欧各国、北美的美国与加拿大的电力系统都已互联。

这可以说是现代化电力工业发展的重要标志。

我国也必然要向这一方向发展[10]。

全国电力供需局部地区、局部时段缺电的情况将依然存在，煤电衔接、电价改革、电源与电网的协调等仍是行业发展需要进一步解决的问题。

由于行业发展临近拐点，电源建设应选择符合国家政策支持范围的项目，电网领域的投资价值则逐渐显现。

“十一五”期间，中国将迎来电网建设的新高潮。

到2010年，国家电网在跨区域电网建设方面，交流特高压输电线路建设规模将达到4200千米，变电容量达到3900万千伏安，跨区送电能力达到7000万千瓦；在城乡电网建设方面，220千伏及以上交直流输电线路要超过34万千米，交流变电容量超过13亿千伏安[6]。

现代控制理论的主要内容有最优控制理论(其中包括线性最优控制理论、非线性最优控制理论及随机最优控制理论等)、自适应控制理论、系统辨识理论及模糊控制理论等。

其中在电力系统发展较完善、应用较广泛的是线性最优控制理
论,非线性最优控制理论,正处于发展之中的是智能自适应最优控制理论[12]。

最优控制理论的主要特点是:(1)不是建立在传递函数的基础上,而是建立在空间状态方程的基础上,是基于系统稳定性的方法;(2)适用于多控制量的系统;(3)可以根据被控对象的实际要求,用解析的方法得出最优控制规律,以保证要求的性能指标达到极值;(4)不局限于常系数线性系统,而亦适用于时变的线性系统、非线性系统及离散系统等[3]。

按最优控制理论设计的励磁控制器具有以下一些优点:(1)可直接根据解析结果整定控制器的最优参数;(2)系统在偏离设计的最优运行状态下的动态响应与设计的最优运行状态下的动态响应之间相差甚微,即在运行方式较大的变化范围内最优励磁控制器均能对系统的振荡给出接近于最优的阻尼效应;(3)最优励磁控制规律是全部状态量的最优的线性组合,这种组合能够保证系统在过渡过程中各状态量对其稳态值的平方误差的积分最小,故其控制效果不受振荡频率的影响[4]。

这就是说,最优励磁控制器无论在系统发生一般频率的振荡(0.5～2Hz)或是超低频振荡(0.017～0.08Hz)或是次同步振荡(10～40Hz),均能有效地予以抑制;(4)可使系统获得高动态稳定极限[5]。

描述发电机系统的运动方程是一系列非线性方程,线性最优控制将这些非线性方程在时域内逐点线性化,计算出最优控制规律。

控制效果与PID+PSS比较可提高发电机的静稳20%,提高暂稳30%。

其局限性之一是线性化的结果与实际的非线性方程有一定的偏离;其二是当电力系统的接线方式发生变化,其描述系统的状态方程将和实际的系统出现偏差而导致控制性能出现微小的下降。

但这种控制规律比起PID+PSS仍然具有明显的优势[1]。

非线性最优控制则通过微分几何反馈精确线性化方法,即采用坐标变换将非线性方程线性化,计算出控制规律后再返回非线性坐标系统得出最优控制规律。

控制效果与PID+PSS比较可提高发电机的静稳25%,提高暂稳35%。

其局限性之一与线性最优控制一样是当电力系统的接线方式发生变化而导致的控制性能微小下降;局限性之二是理论计算过程中进行坐标变换会出现不精确性。

但这种控制规律比线性最优控制规律在计算方法上要精确[2]。

期刊文献：
[1]钟俊强.分析电力系统规划设计在电力工程设计中的应用[J].广东科技. 2012
[2]程启明，胡晓青，周卉云，王映斐.同步发电机励磁系统的最优控制仿真[J].上海电力学院学报;2011
[3] 魏阳，张俊芳，卫鹏.线性最优励磁控制器的设计与仿真[J].电力科学与技术学报.2013
[4]薛媛媛，张俊芳.同步电机最优励磁控制系统的暂态稳定性研究[J].科技创新与应用.2013
[5]何蔚超，姚强.同步电机最优励磁控制系统的研究与仿真[J].电工电气.2011 图书文献：
[6]纪雯，电力系统设计手册[M]. 北京.中国电力出版社，2008
[7]曹绳敏，电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M].北京.水利电力出版社，1995
[8]徐政，电力系统分析学习指导[M].北京.机械工业出版社，2003
[9]商国才，电力系统及自动化[M].天津.天津大学出版社，1999
英文文献：
[10]Arya L.D.,Koshti A.,Choube S.C..Distributed generation planning using differentialevolution accounting voltage stability consideration [J].International Journal of ElectricalPower and Energy Systems,2012 [11]Novoa C.'Jin T..Reliability centered planning for distributed generation considering windpower volatility[J].Electric Power Systems Research,2011
[12]Banerjee B.,Islam S.M..Reliability based optimum location of distributed generation[J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems,2011。