运城学院
本科生毕业论文（设计）开题报告
第二篇：PSS在电力系统稳定性中的应用仿真开题报告
一、选题的目的及研究意义
电力系统的发展，互联电力网络变得越来越大。如此的发展趋势在给电力系统以巨大的技术和经济效益的同时，也使得稳定性破坏事故所波及的范围更加广泛，电力市场的日益开放会使运行方式更加灵活多变，对稳定性的实时性判断要求更高。与此同时，由于受到环境和经济等因素的制约，区域间联网和远距离大容量输电系统的不断出现，系统运行更加接近极限状态，这使得 电力系统稳定性问题日趋严重，电力系统一旦失去稳定，往往造成大范围、较长时间停电，在最严重的情况下，则可能使电力系统崩溃和瓦解，因此，准确、快速地分析电力系统在扰动下的稳定性行为，必要时采取适当的控制措施，以保证系统稳定性的要求，是电力系统设计及运行人员最重要也是最复杂的任务之一。
从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，迫切要求运用电力仿真来解决这些问题依据电网用电供电系统电路模型要求。因此，利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了单机—无穷大电力系统的仿真模型，能够满足电网在其可能遇到的多种故障方面运行的需要。
二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等
实际上, 如何保证和提高电力系统的稳定性是从多个方面进行考虑的。在系统规划阶段应合理选择发电厂厂址, 采用合理的输电方案以及配置相应的保护和自动装置等。在运行管理方面, 控制中心对运行方式的良好安排也有助于保证电力系统的安全稳定运行。当系统遭受扰动后，施加控制是改善和提高电力系统稳定性最经济有效的方法之一, 而严重故障后的紧急控制措施可将由于安全性破坏而对系统造成的影响减小到最低程度。
目前暂态稳定分析的基本方法可分为两类：数值解法和直接法。
数值解法（时域仿真法）是暂态稳定分析基本方法，它以稳态工况或潮流解为初值，对上述方程组联立求解或交替求解，逐步求得状态量和代数量，并根据发电机的转子摇摆曲线来判定系统在扰动下能否保持同步。
目前时域仿真法主要采用的数值计算方法包括显式积分法和隐式积分法。前者包括欧拉法、龙格－库塔法和线形多步法等。后者包括改进的欧拉法和隐式积分法。欧拉法的精度低，数值稳定性较差，一般适用于简单模型和较短的暂态持续时间。龙格－ 库塔法拟合了泰勒级数的高阶项，具有比较高的精度，数值稳定性好。它的缺点是计算量大，计算速度慢。线形多步法精度高，运算量比龙格一库塔法小，但计算结果受初始值的影响较大，需要选择适当的起步算法来保证其精度。改进的欧拉法用隐式积分校正欧拉法的结果，精度比欧拉法有所提高。隐式梯形积分法在联立求解微分一代数方程时可以消除交接误差，具有较好的数值稳定性，可以采用较大的步长。虽然时域仿真法可以考虑电机的详细模型，而且能够得到足够准确的结果，但是随着网络规模的扩大，时域仿真法的计算量将很大，计算速度不能满足在线监测和控制的要求，并且其不能定量给出系统的稳定裕度。所以对电力系统暂态稳定研究致力于寻找一种快速、准确、实用的暂态分析算法。我国电力科学界对稳定分析的直接法与快速算法的研究大致始于xx年代，其中最早发表的一篇是夏道止与Heydt等人关于分解-聚合法在线稳定的研究。随后有电力部电力科学研究院傅书逷等人关于PEBS法的研究：清华大学倪以信与美国Fouad等人对UEP法的直流输电模型与励磁系统模型的研究：19xx年我国学者南京电力自动化研究院薛禹胜与比利时Pavella教授等人提出了扩展等面积法（EEAC法），将多机系统变成等值两机系统，利用等面积准则和泰勒展开式导出临界切除时间和稳定裕度的解析式，根据这一解析在注入空间定义稳态稳定域，推算联络潮流的稳定极限。近年来该法经不断完善，已扩展到动态EEAC法，使得计算精度大大提高。到了xx年代，直接法与快速算法的研究尤为活跃，如哈尔滨工业大学郭志忠，柳焯等人用高阶Taylor级数研究快速暂稳计算问题,上海交通大学刘笙等人关于PEBS法复杂模型的研究，东北电力
学院蔡泽祥和清华大学倪以信等人关于快关气门、电气制动和切机问题的研究等，都使得直接发在线稳定分析的研究进一步走向实用化。此外，关于应用人工神经网络、灾变理论和熵网络理论的研究也有不少论文发表。
李雅普诺夫稳定性理论在18xx年提出的，它是从一个古典力学的概念发展而来。19xx年美国学者Magnusson提出将其应用于电力系统暂态稳定分析领域当中。19xx年，Aylett提出了用于多机系统的能量积分准则。19xx年，Gless和E1-Abiad等人又提出了不计电网中转移电导的李雅普诺夫函数。自上世纪xx年代后，用李雅普诺夫法研究直接法稳定分析得文章逐渐增多，初期的研究只要集中于用不同的方法建立运用于电力系统的李雅普诺夫函数（V函数）和如何求不稳定平衡点（UEP）的方法，但是早期研究未计入故障地点和转移电导的作用，所以计算结果偏于保守。
19xx年日本学者Kakimoto等人首次提出了势能界面法（PEBS）法，直接利用持续的故障轨迹求取临界势能，从而求取临界切除时间CCT，省去了求UEP的麻烦，使得速度大大加快。
19xx年Athay等人提出的能量函数第一次计入了故障地点和转移电导的作用，使得能量函数法在客服保守性方面迈出了重要的第一步。
20世纪xx年代以后，Michel等人提出了单机能量法。Fouad等人在动能修正、能量裕度以及求解相关UEP等方面作了大量研究工作进一步丰富和发展了暂态能量函数法的理论和方法。Padiyar等人给出了能够计入详细发电机，模型和复合模型的拓扑能量函数。19xx年Chiang和Zaborsky等人提出了稳定域的概念，对势能界面法进行了理论分析，并提出了使势能界面法计算准确的条件。19xx年Chiang等人在其稳定域理论的基础上，又提出了BCU法（将UEP法和PEBS法结合起来的方法），是UEP法的实用化又进了一步。本文采用了Matlab软件对电力系统稳定进行了仿真分析，运行于Simulink下的PSB(Power System Blockset)是针对电力系统的工具箱，从Matlab6.0开始它被重新命名为SPS(SimPowerSystems).该工具箱的研究领域是用微分方程刻画的电力系统动态过程，如电磁暂态与机电暂态分析以及电力电子设备的仿真。MATLAB SPS 提供了丰富的电力及电气系统元件模型,可以快速地组建仿真模型, 从而实现电力系统的仿真计算，效率高并且灵活方便。
三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或 设计（实验）方案进行说明
目前电力系统普遍采用在励磁调节器上附加电力系统稳定器PSS的附加励磁控制方案。它能有效地增强发电机励磁系统的阻尼，抑制低频振荡的发生，是提高电力系统动态稳定性的最经济和最有效的的措施。
因为很多因素导致电力系统的动态仿真研究将不能在实验室进行的电力系统运行模拟得以实现。所以可以首先在计算机上进行动态仿真研究来判断其设计的可行性，它的突出优点是可行、简便、经济。并且Matlab电力系统工具箱中包含有很多丰富的模块，所以使用起来更加的灵活方便。MATLAB SPS 提供了丰富的电力及电气系统元件模型, 在Simulink运行环境下, 用户只需应用鼠标拖放的方式将所需电气元件的模块添加到模型编辑窗口, 并将它们连接起来,就可以快速地组建仿真模型, 从而实现电力系统的仿真计算,用SPS 提供的模块构建一个单台发电机经过线路与无穷大功率母线相连的简单电力系统, 即单机—无穷大系统的Simulink仿真模型.
本设计在分析低频振荡的产生机理及发电机附加励磁控制对低频振荡的抑制原理的基础上，通过对一个典型的单机—无穷大系统在不同扰动方式下的动态过程仿真，研究附加励磁控制（PSS）对电力系统低频振荡及动态稳定性的影响。
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2月x日——3月x日对于所做毕业设计的内容及任务书进行资料搜集整理,撰写开题报告。
3月x日——4月x日设计合理可行的方案。
4月x日——5月x日完成对系统的总体设计。
5月x日——5月x日撰写论文。
5月x日——6月x日制作PPT，准备答辩。
6月x日——6月x日毕业答辩。