非周期脉冲负载下独立电力系统源荷交互动态分析及鲁棒控制方法

The existing studies on the dynamic problem of the isolated power system (IPS) caused by the non-periodic pulsed load (PL) are not fully addressed, so that it primarily depends on the energy storage devices to suppress the influence of pulsed load on the isolated power system. However, the above method has limitations in practice, considering the size limit of energy storage, so that the other measures need to be taken as a supplement. For this reason, this project will explore the propagation mechanism of the pulsed-load disturbance based on the physical concept of energy and the theory of dissipativity. Furthermore, considering the characteristic of the pulsed load, the expression of energy supply on port (ESP) is studied and derived under the harmonic condition, and then the characteristic identification method for the component of negative damping dissipative energy is proposed. On this basis, using the methodology of energy structure decomposition and Hamiltonian realization, the strategy of the energy shaping control, which is suitable for the IPS, could be proposed to improve the robustness of the system.. The innovative parts of this project include the analyses of dissipativity, energy structure and transient energy flow for exploring the propagation mechanism of the pulsed-load disturbance. The achievement of this work will provide the technical support for improving the robustness of IPS against the PL disturbance.

现有针对非周期脉冲负载下独立电力系统的动态问题研究尚不充分，导致单纯依赖提高储能装置容量及其控制响应能力来缓解负载冲击对系统的影响。然而，受制于储能装置容量不能无限度增加，该方法存在一定局限性，需配合采取其它控制措施。为此，本项目拟从能量概念出发，利用耗散理论分析方法研究脉冲负载扰动在独立电力系统中的传播机理；考虑脉冲负载特性，研究暂态条件下受谐波影响的端口供给能量表达式，提出基于量测的脉冲负载负阻尼耗散分量特征辨识方法。在此基础上，利用能量结构分解思想及哈密顿实现方法，提出可提高系统鲁棒性的能量成型控制措施。. 本项目的特色和创新之处在于将脉冲负载切换过程纳入系统耗散性及能量结构建模的研究范畴，提高所获分析结果的可信性；考虑脉冲负载特性，通过电压（电流）非正弦条件下的暂态能量流分析，研究脉冲负载扰动传播机理。项目研究成果为改善脉冲负载下独立电力系统鲁棒性提供技术支撑。

随着电力电子技术的广泛应用，以现代电子雷达为典型代表的一类脉冲型电力电子装置在系统负荷侧不断涌现。当脉冲负载接入独立电力系统运行时，由于系统惯性有限，脉冲负载所呈现的增量负阻抗特性将对系统注入负阻尼，影响系统鲁棒性，不仅导致频率和电压大幅波动，以及电压、电流波形严重畸变，干扰其它敏感设备，甚至可能引发系统频率（电压）失稳而触发同步发电机保护动作，给独立电力系统的安全可靠运行带来极大挑战。因此，开展含脉冲负载独立电力系统鲁棒性研究，具有重要的理论意义和应用价值。.本项目针对脉冲负载接入独立电力系统后可能引起的振荡失稳现象，从能量结构分析、扰动传播机理分析、特征量辨识，以及改善系统鲁棒性的措施方法等方面开展深入研究，研究内容包括：构建了脉冲负载能量结构，分析了脉冲负载耗散性，给出了脉冲负载满足切换耗散性的条件；基于耗散系统理论，提出了独立电力系统脉冲负载扰动传播机理，研究了反映脉冲负载扰动强弱的阻尼特征量；构建了同步发电机哈密顿模型，基于系统哈密顿模型和阻尼分析，提出了改善系统鲁棒性的阻尼增强措施；针对独立电力系统电力电子装置的渗透特点，从电力电子控制出发，提出了增强系统鲁棒性的能量成型无源控制方法。.本项目研究揭示了脉冲负载下独立电力系统振荡失稳机理，为同步电机的哈密顿能量结构分析以及脉冲负载能量成型无源控制方法提供一定的理论基础，为抑制脉冲负载引起的系统振荡提供技术支撑。