MATLAB在自適應電力系統穩定器中的智能優化分析

葛俊峰

（集寧師范學院 科研設備處， 內蒙古 烏蘭察布 012000）

MATLAB在自適應電力系統穩定器中的智能優化分析

葛俊峰

（集寧師范學院 科研設備處， 內蒙古 烏蘭察布 012000）

為提升電力系統穩定器的使用效果，分析了影響低頻振蕩的因素，并對自適應電力系統穩定器的相關配置進行了分析，在此基礎上，并以 MATLAB 為工具，研究了自適應電力系統穩定器智能調節分析的優化方法.

電力系統；穩定器；自適應；智能優化

隨著我國經濟、社會的不斷發展，人們對電力的使用需求越來越高.為滿足社會不斷增長的電力需求，超高壓遠距離輸電線路及其相應的發電設備不斷地被開發出來，電力系統行業也逐漸向著長距離、大容量、高復雜性的方向發展.由于電力系統的不斷發展，相應的問題也逐漸顯現，其中最為明顯的是低頻振蕩對電力系統整體安全造成的威脅.如何對電力系統進行設計與改進，從而能夠在方便管理的前提下，有效解決電力系統低頻振蕩問題，是目前行業內亟待解決的關鍵性問題.雖然電力系統穩定器的開發對于低頻振蕩有一定的緩解作用，但由于電力系統本身的復雜性，僅僅依靠人工對電力系統穩定器進行整定與控制，一方面缺乏準確性，另一方面，在安全性、快捷性上也存在諸多方面的不足.

鑒于此，本文就自適應電力系統穩定器展開研究，并以MATLAB為研究手段，對其參數的智能優化進行了仿真與分析.成果有利于新一代的電力系統穩定器的研發.

1 電力系統低頻振蕩探討

在不同的電網之間，發電機通過相應的輸電線路平行地運行.在這種情況下，當擾動出現時，發電機轉子之間會出現相互的擺動現象，這種擺動的現象在一定條件下會引發持續的振蕩，進而引起低頻振蕩的發生.電力系統低頻振蕩是較為常見影響電力系統安全性的因素.它主要由以下幾個方面的因素引起：

（1）電網之間的弱聯系.兩個獨立電網之間聯絡回路較少、導線截面較小以及阻抗過大都會引起電網之間弱聯系的出現.

（2）長線路、遠距離輸電的影響.由于供電的需求，長線路、遠距離的輸電系統往往在所難免，在這樣的系統中，低頻振蕩是較為常見的現象.

（3）勵磁系統的影響.低頻振蕩往往更容易發生在高放大倍數的勵磁系統的電力系統中，對電力系統的安全造成隱患.

歸結起來，電力系統產生低頻振蕩的原因為：電力系統機械模式阻尼較小造成系統振蕩無法平息，從而引起低頻振蕩；電力系統在勵磁控制過程中，勵磁電流對勵磁電壓產生的之后作用導致了低頻振蕩的產生；由于勵磁系統變化時間過短造成的電力系統擾動過大從而引起低頻振蕩；電力系統本身具有非線性特性，這種非線性特性在較小的擾動下容易使電力系統特性和狀態發生變異，從而導致低頻振蕩的發生；人為的不適當控制引起的電力系統擾動，從而誘發低頻擾動.

2 自適應電力系統穩定器的構建

為了更為有效地解決電力系統低頻振蕩問題，從上世紀 50年代起，自適應電力系統穩定器就被研發出來.自適應電力系統穩定器大致可分為自動校正穩定器、模型參考自適應穩定器以及其他類型自適應穩定器.在這其中，自校正穩定器是一種將模型參數的預估和控制器參數的設計相結合起來的、綜合性的穩定器自適應技術.這種技術具有設計靈活、操作簡單的優勢，在電力系統中得到了較為廣泛的應用.

本文所描述的自適應電力系統穩定器是基于帶有遺忘因子的遞推最小二乘法構建的.其方法為在原有遞推運算時，對數據進行相應的加權計算，從而使相應的數據作用得到突出，從而達到“遺忘”的目的.其具體的算法為：以 λ（0＜λ＜1）為加權因子（遺忘因子），在相應的數據得以測出時，以該數值乘以遺忘因子，以達到加權的目的.

2.1 自適應穩定器的電力系統結構

自適應電力系統穩定器的構成一般分為：系統模型、控制器與參數識別器.在這其中，系統模型是自適應電力系統穩定器的基礎，它是以數學方法將電力系統數值化地表示出來，并對其結構進行驗證與檢測，從而得到相關數據.參數識別器的主要功能是對自適應穩定器的參數進行計算，在其中，所采用的算法是帶有遺忘因子 λ 的遞推算法.控制器是在不斷調整極點移動配置控制的基礎上開發的能夠直接對系統進行控制的應用程序.自適應電力系統穩定器的各個組成部分不是獨立地進行運作，而是作為一個有機的整體進行運轉，以達到降低低頻振蕩的目的.

2.2 自適應電力系統穩定器系統模型的選擇

電力系統本身是一個極為復雜的非線性的體系，在自適應電力系統穩定器計算的過程中，必須考慮其參數的未知性與時變性.針對自適應電力系統穩定器的非線性狀況，很難用較為精確的數值模型對其進行仿真.在模型選擇時，應從部分出發，將系統的整體分割為不同的小系統，在各個小系統中利用線性模型進行表示.

2.3 自適應電力系統穩定器閉環參數的識別

就自適應穩定器而言，其參數識別器是在閉環條件下展開運行的.在這種條件下，參數識別器接收到的往往是一組特征并不明顯的數據，利用這種數據，很難對系統參數進行估計.因此，在實際應用過程中，往往在電力系統輸入或輸出端口進行相應的信號擾動，從而使得系統的行為不斷地得到激勵.擾動信號應具有足夠的頻率帶，以使其能夠涵蓋系統的頻率.另外，擾動信號應不影響系統本身的合理運行.因此，擾動信號應具有能夠實時調節或自動調節的功能，從而使得參數識別器的使用效果更為優良.

3 基于 MATLAB 的自適應電力系統穩定器優化分析

作為一種具備精確計算與數值仿真功能的高性能交互式計算機語言平臺，MATLAB為電力系統的運算與仿真提供了專有的 SimPowerSystems模型庫，主要由電源庫、電機模型和測量元件等相關部分組成.在 SimPowerSystems模型運算過程中，用戶可將不同的元件進行連接，并通過相應地語言進行控制，以達到模擬仿真的目的.

3.1 帶 λ 參數識別器的實現

本文中，以三階離散模型對電力系統進行表征.在模型中，引入權值遺忘因子 λ，并采用 S-Function Builder工具對相應的識別器函數進行編寫.在此基礎上，將編譯完成的S-Function進行封裝.為保證自適應電力系統穩定器仿真過程中參數識別器計算仿真的準確性，本文在 MATLAB的基礎上研發了相應的計算驗證程序.驗證結果表明，當時間為0.09s時，識別器能夠對參數進行識別，模型識別參數與實際參數的相關性良好.

3.2 極點移動配置控制器的實現

自適應電力系統穩定器 MATLAB仿真中機電移動配置控制器由參數估計值確定，其設計控制律如式（1）所示.

在式（1）的基礎上，通過數值運算，得到控制器的控制量如式（2）所示.

在 MATLAB中，自適應電力系統穩定器極點移動配置控制器由 MATLAB中的 Fen模塊構建，并最終封裝成一個控制模型.

3.3 移動因子自動調節控制仿真

不同的移動因子參數輸入能夠獲得不同的控制仿真效果.當移動因子為1時，控制器無輸出；而當移動因子為0.9995-0.9998時，控制器的輸出對于改良低頻振蕩能夠取得較為良好的效果.由此看來，移動因子的微小變化對控制器有較大的影響.本文在此基礎上，研究了移動因子的自動調節控制方法，以控制相應的參數數值在一定范圍以內，從而達到抑制低頻振蕩的目的.在 MATLAB仿真中，將移動因子設定在一定合理的范圍，當自適應穩定器輸出超出范圍后，通過程序的自動識別，可將移動因子進行自動調節，以完成對輸出結果控制的目的.

4 結語

自適應電力系統穩定器是抑制低頻振蕩的較為直接也較為有效的方法.為提升電力系統穩定器的使用效果與操控效果，本文在對低頻振蕩產生因素進行分析的基礎上，對自適應電力系統穩定器的相關參數與配置進行了構建，并以MATLAB為工具，研究分析了自適應電力系統穩定器智能調節分析的優化方法.成果有利于自適應電力系統穩定器的不斷完善與推廣應用.

〔1〕王海風,韓禎祥,B.W.Hogg.自適應電力系統穩定器設計的頻域方法[J].中國電機工程學報,1992（06）:3-12.

〔2〕楊祉涵,張雪霞,李奇,鄧美玉.基于自適應差分算法的電力系統穩定器參數設計[J].四川電力技術,2011（03）:26-28+72.

〔3〕楊敏虹.電力系統穩定器參數選擇和優化分析[J].電工技術,2001（09）:42.

〔4〕劉楊名,嚴正.基于自適應遺傳算法的系統PSS參數優化[J].中國農村水利水電,2007（11）:129-132+136.

〔5〕溫嘉斌,湯偉.基于MATLAB的PSS的仿真分析[J].信息技術,2010（04）:75-78.

TM44

A

1673-260X（2014）08-0040-02

內蒙古教育廳科研項目（NJZC14292)階段性成果