关键词:
电力系统
多项式系统
稳定域
李雅普诺夫函数
平方和
摘要:
稳定性分析是动态非线性系统研究中的重要内容,而电力系统的暂态稳定是关系到电网安全的关键问题。基于不同的稳定分析理论和电力系统模型,目前已有的电力系统暂态稳定分析方法主要分为时域仿真法和能量函数法(又称为直接法)。
时域仿真法能够对系统扰动进行准确的仿真计算,但是计算很耗时,当系统规模较大时,这个问题尤为突出。这限制了时域仿真法的应用,因此时域仿真法目前仍只适用于离线分析计算,而难以实现在线稳定分析。能量函数法是解决时域仿真法计算成本高以及在线应用难以实现的有效途径。能量函数法无需对故障后的系统进行逐步积分,计算量相对较少,因而计算速度较快。如今,能量函数法已成为电力系统暂态稳定分析的重要工具之一。
本文采用平方和多项式规划法计算李雅普诺夫函数并实现电力系统的稳定域估计。与传统能量函数法相比,平方和规划法无需求解不稳定平衡点,而是建立多项式李雅普诺夫函数,并根据李雅普诺夫稳定性判据确定函数中未知的多项式系数。平方和规划法需要将非线性系统表示为多项式系统,并引入内嵌于稳定域的李雅普诺夫函数水平集,通过迭代使水平集不断扩大,从而降低稳定域估计的保守性。
本文首先从多项式平方和规划理论出发,介绍了平方和多项式及其矩阵表示方法,并采用线性矩阵不等式可行性测试判断多项式是否为平方和多项式,并根据Positivstellensatz定理,将线性矩阵不等式可行性测试规范表示为矩阵空集约束和等式约束,从而将平方和规划法引入到矩阵多项式系统,并基于半正定规划内求解平方和规划问题。其次,将李雅普诺夫稳定性理论及其稳定性判据推广到平方和多项式系统,将稳定性判据松弛为平方和检验。通过平方和规划法,给出了李雅普诺夫函数的计算方法,并运用内部扩展法解决平方和规划中的双线性矩阵不等式问题,得到多项式系统稳定域的最佳估计。最后以采用二阶与三阶发电机模型的电力系统为研究对象,基于平方和规划法计算系统李雅普诺夫函数并实现稳定域的最佳估计,并将结果与时域仿真法对比,验证了方法的有效性。