电力系统高阶模态交互作用分析及其控制关键问题研究

针对大规模复杂电力系统低频振荡呈现出各模态间线性和非线性交叠的特征，该课题在前期研究工作的基础上，深入研究更高精度的更高阶模态交互作用的分析方法和控制对策。本课题拟通过建立电力系统高阶模态的收敛分析方法，结合摄动分析来提高高阶模态分析的精度；通过高阶多项式动态非线性系统的分岔分析，来建立定量评估高阶模态交互作用影响电力系统稳定的分析方法；通过在高阶多项式系统中引入分岔控制策略，结合电力系统广域测量信息，建立基于广域信息的高阶模态控制分析与设计方法。这些关键理论问题的解决，有助于提高大型复杂电力系统的高阶模态分析的精度和实用性，对于研究互联电力系统中低频振荡的诱发机理及影响因素，进而找到有效的抑制措施，具有重要的理论意义和应用价值。

本项目的研究内容和目标是研究电力系统高阶模态分析方法及其考虑电力系统高阶模态交互作用的电力系统稳定控制方法。通过对该项目的研究，揭示影响高阶模态分析精度的因素，并探索对策、抑制措施，从而建立电力系统低频振荡高阶模态交互作用精确分析方法体系，为建立在广域测量与控制框架下高阶模态交互作用控制理论与方法奠定基础。其中的难点是高阶模态分析中的更高阶（高于2阶）分析方法。研究过程中，尝试结合包括动态系统的跟踪理论在内的大量理论，取得的成果内容有：.(1)将normal form分析推进到3阶，建立了电力系统更高阶模态分析的数学模型，研究了高于2阶模态交互作用；.(2)开发了新的计算分析软件PSMAT (Power System Modal Analysis Tool)，可以方便地进行高阶模态对比分析；.(3)基于动态系统跟踪理论，实现了高阶模态交互作用截断量化评估（Quantitative Truncation Error Estimation）：通过定义吻合度指标的方法和通过子空间分解的方法；.(4) 建立了基于非线性和非平稳信号处理的电力系统低频振荡检测与处理方法；.(5) 运用当前非线性模态分析法（normal form、modal series、Carleman线性化，以及提出的一种改进Poincare-like Carleman线性化方法）研究高阶模态交互用；.(6) 建立了分析方法、测试设备和测试方法，检测高阶模态交互作用，为验证和分析提供了技术手段；.(7) 将模态交互作用的理论和方法应用于含SOFC（Solid oxide fuel cell）和MGT（Micro Gas Turbine）的混合微网系统，通过自适应调整实现其控制，达到了较好的效果;.结合该项目的研究，培养硕士2名，博士2名（在读），在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上投稿论文总计20篇，其中已发表13篇(6篇SCI、13篇EI、5篇ISTP，已录用4篇SCI/EI，在审稿件3篇EI。申请国家发明专利7项（2项已授权）。.课题组主办和受邀的会议：2010年受邀会议2次、学术讲座1次；2011年会议1次、学术讲座2、主办会议1届；2012年受邀会议1次、主办会议1届。