2019动态电力系统第4章ppt课件.ppt
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1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能动态电力系统动态电力系统20192019年秋季年秋季研究生课程研究生课程为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能第四章直接法暂态稳定分析主要内容直接法基本原理直接法基本原理能量函数构造能量函数构造RUEPRUEP法法PEBSPEBS法法EEACEEAC法法为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能参考文献电力系统暂态稳定性的能量函数分析刘笙 上海交通
2、大学出版社 2019直接法稳定分析付书裼、倪以信、薛禹胜 中国电力出版社 2019为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一、一、概论概论 从能量的角度分析稳定问题从能量的角度分析稳定问题,从而快速判别稳定性。从而快速判别稳定性。优点:优点:可计及非线性大系统可计及非线性大系统 计算速度快,不必逐步仿真受扰运动轨迹计算速度快,不必逐步仿真受扰运动轨迹 能给出稳定裕度指标能给出稳定裕度指标 缺点:缺点:模型较简单模型较简单 结果偏于保守结果偏于保守为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神
3、,充分发挥中小学图书室育人功能稳定性分析历史回顾稳定性分析历史回顾 1818世纪末,由于瓦特发明的离心式调速器有世纪末,由于瓦特发明的离心式调速器有时会造成系统的不稳定时会造成系统的不稳定使蒸汽机产生剧烈的振使蒸汽机产生剧烈的振荡。到了荡。到了1919世纪又发现船舶上自动操舵机的稳定世纪又发现船舶上自动操舵机的稳定性问题。这就迫使一些数学家用微分方程来描述性问题。这就迫使一些数学家用微分方程来描述和分析系统的稳定性问题。和分析系统的稳定性问题。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1867年英国物理学家年英国物理学家J.C
4、.麦克斯韦发表麦克斯韦发表论调速器论调速器的文的文章章总结了无静差调速器的理论。总结了无静差调速器的理论。1876年俄国机械学家维什年俄国机械学家维什涅格拉茨基在法国科学院院报上发表涅格拉茨基在法国科学院院报上发表论调节器的一般理论调节器的一般理论论的文章的文章进一步总结了调节器的理论。进一步总结了调节器的理论。1877年英国数学年英国数学家家E.J.劳思提出代数稳定判据劳思提出代数稳定判据即著名的劳思稳定判据。即著名的劳思稳定判据。1895年德国数学家年德国数学家A.胡尔维茨提出代数稳定判据的另一种胡尔维茨提出代数稳定判据的另一种形式形式即著名的胡尔维茨稳定判据。即著名的胡尔维茨稳定判据。M
5、axwell,J.C.“OnGovernors”.ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondon,Vol.16(1867-1868):270283.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能Lyapunov第一法第一法通过求解微分方程的解来分析运动稳通过求解微分方程的解来分析运动稳定性,即通过分析非线性系统线性化方程特征值分布定性,即通过分析非线性系统线性化方程特征值分布来判别原非线性系统的稳定性;来判别原非线性系统的稳定性;Lyapunov第二法第二法是一种定性方法,它无需求解困难的是一种定性方法,
6、它无需求解困难的非线性微分方程,而转而构造一个非线性微分方程,而转而构造一个Lyapunov函数,研函数,研究它的正定性及其对时间的沿系统方程解的全导数的究它的正定性及其对时间的沿系统方程解的全导数的负定或半负定,来得到稳定性的结论。负定或半负定,来得到稳定性的结论。直接法发展历程直接法发展历程 18921892年,年,LyapunovLyapunov经典论文经典论文 关于运动稳定性的一般理论关于运动稳定性的一般理论发表发表为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能李亚普诺夫李亚普诺夫(18571918)Lyapunov,Al
7、eksandrMikhailovich俄罗斯数学家,物理学家。1857年生于雅罗斯拉夫尔,1918年11月3日卒于敖德萨。1876年入圣彼得堡大学,1892年获博士学位,1893年起任哈尔科夫大学教授。曾先后在圣彼得堡大学、哈尔科夫大学和喀山大学执教。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能李亚普诺夫最初从事流体静力学理论研究,李亚普诺夫最初从事流体静力学理论研究,1892年开创年开创性地提出求解非线性常微分方程的李亚普诺夫函数法,亦称性地提出求解非线性常微分方程的李亚普诺夫函数法,亦称直接法,由于这个方法的明显的几何直观和
8、简明的分析技巧,直接法,由于这个方法的明显的几何直观和简明的分析技巧,从而在科学技术的许多领域中得到广泛的应用和发展,奠定从而在科学技术的许多领域中得到广泛的应用和发展,奠定了常微分方程稳定性理论的基础。成为研究常微分方程定性了常微分方程稳定性理论的基础。成为研究常微分方程定性理论的重要手段。理论的重要手段。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能LyapunovLyapunov第二法第二法 由力学经典理论可知,对于一个振动系统,当系统总由力学经典理论可知,对于一个振动系统,当系统总能量(正定函数)连续减小(这意味着总能量对
9、时间的能量(正定函数)连续减小(这意味着总能量对时间的导数为负定),直到平衡状态时为止,则此振动系统是导数为负定),直到平衡状态时为止,则此振动系统是稳定的。稳定的。LyapunovLyapunov第二法是建立在更为普遍意义的基础上的,第二法是建立在更为普遍意义的基础上的,即如果系统有一个渐近稳定的平衡状态,则当其运动到即如果系统有一个渐近稳定的平衡状态,则当其运动到平衡状态的吸引域内时,系统存储的能量随着时间的增平衡状态的吸引域内时,系统存储的能量随着时间的增长而衰减,直到在平稳状态达到极小值为止。然而对于长而衰减,直到在平稳状态达到极小值为止。然而对于一些纯数学系统,毕竟还没有一个定义一些
10、纯数学系统,毕竟还没有一个定义“能量函数能量函数”的的简便方法。为了克服这个困难,简便方法。为了克服这个困难,LyapunovLyapunov定义了一个虚定义了一个虚构的能量函数,称为构的能量函数,称为LyapunovLyapunov函数。当然,这个函数无函数。当然,这个函数无疑比能量更为一般,且其应用也更广泛。实际上,任一疑比能量更为一般,且其应用也更广泛。实际上,任一纯量函数只要满足纯量函数只要满足LyapunovLyapunov稳定性定理的假设条件,都稳定性定理的假设条件,都可作为可作为LyapunovLyapunov函数(其构造可能十分困难)。函数(其构造可能十分困难)。为深入学习习近
11、平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能若(,t0)与初始时刻t0无关,则称平衡态xe是李雅普诺夫意义下
12、一致渐近稳定的。对于线性定常系统来说,上述定义中的实数(,t0)可与初始时刻t0无关,故其渐近稳定性与一致渐近稳定性等价。但对于时变系统来说,则这两者的意义很可能不同。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能必要条件:必要条件:只有一个平衡点。只有一个平衡点。对于非线性系统,渐近稳定性是一个局部性的概念,而非全局性的概念。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学
13、图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2x0 x)(tx1x0)(002221xVCxx=+12221Cxx=+22221Cxx=+为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九
14、大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1x2x0 x0)(tx为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精
15、神,充分发挥中小学图书室育人功能线性系统的稳定性与非线性系统的稳定性比较线性系统的稳定性与非线性系统的稳定性比较在线性定常系统中,若平衡状态是局部渐近稳定的,则在线性定常系统中,若平衡状态是局部渐近稳定的,则它是大范围渐近稳定的。然而在非线性系统中,不是大范围它是大范围渐近稳定的。然而在非线性系统中,不是大范围渐近稳定的平衡状态可能是局部渐近稳定的。因此,线性定渐近稳定的平衡状态可能是局部渐近稳定的。因此,线性定常系统平衡状态的渐近稳定性的含义和非线性系统的含义完常系统平衡状态的渐近稳定性的含义和非线性系统的含义完全不同。全不同。如果要具体检验一个实际非线性系统平衡状态的渐近稳如果要具体检验一
16、个实际非线性系统平衡状态的渐近稳定性,则仅用前述非线性系统的线性化模型之稳定性分析,定性,则仅用前述非线性系统的线性化模型之稳定性分析,即即Lyapunov第一法是远远不够的,必须研究没有线性化的非第一法是远远不够的,必须研究没有线性化的非线性系统。为此有如下几种基于线性系统。为此有如下几种基于Lyapunov第二法的方法可达第二法的方法可达成这一目的。如克拉索夫斯基方法、成这一目的。如克拉索夫斯基方法、Schultz-Gibson变量梯变量梯度法、鲁里叶度法、鲁里叶(Lure)法,以及波波夫方法等。法,以及波波夫方法等。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育
17、大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能在电力系统中的应用:在电力系统中的应用:2020年代初,等面积定则年代初,等面积定则19581958年,年,AylettAylett,能量积分判据,能量积分判据19661966年,年,GlessGless等,明确提出等,明确提出7070年代末,取得重大进展。三大主导流派:年代末,取得重大进展。三大主导流派:加速度法:加速度法:Ribbens-pavella RUEP法:法:Kakimoto,Athy etc.相关不稳定平衡点法相关不稳定平衡点法 R
18、UEPRelated Unstable Equilibrium Point PEBS法:势能界面法法:势能界面法 PEBSPotential Energy Boundary Surface为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能8080年代以来:年代以来:单机能量函数法:单机能量函数法:IMEFIMEF,19831983 结构保留能量函数法:结构保留能量函数法:SPEF,1987 EEAC法:薛禹胜法:薛禹胜,扩展等面积法,扩展等面积法,1988 EEACExtended Equal Area Criteria BCU法法:
19、江晓东,:江晓东,1991 Boundary of Stability based Controlling Unstable Equilibrium Point Method 基于稳定域边界的主导不稳定平衡点法基于稳定域边界的主导不稳定平衡点法为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 直接法的简单类比:直接法的简单类比:,对于一个滚球系统,当滚球系统无扰动时,滚球位于稳定平衡点SEP。受扰后,滚球位于高度h处时,其速度为v。设球的质量为m,则滚球具有的总能量为为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全
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