復(fù)雜運行條件下交直流系統(tǒng)運行特性建模及控制方法研究.pdf

1、隨著綠色可再生能源在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的滲透率不斷提高，它給現(xiàn)代電網(wǎng)帶來諸多優(yōu)勢的同時也對其安全穩(wěn)定運行提出了挑戰(zhàn)。由于我國大規(guī)?？稍偕茉刺貏e是風(fēng)力發(fā)電一般處在內(nèi)陸西北地區(qū)，然而電力消耗大戶處在東部與東南沿海地區(qū)，因此實施“西電東送、南北互補、全國互聯(lián)”的發(fā)展戰(zhàn)略是我國目前能源分布的客觀要求，大容量、長距離輸電方式將是我國輸電的主要發(fā)展方向。隨著我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大與可再生能源發(fā)電滲透率的增加，電力系統(tǒng)安全運行的難度高而且控制系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜

2、，因此保障電網(wǎng)安全高效運行是現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的主要目標(biāo)之一。本文主要以復(fù)雜運行條件下交直流系統(tǒng)安全運行建模及控制關(guān)鍵技術(shù)為研究目標(biāo)，從建模方法、理論分析、仿真驗證進行了全面、深入的研究，所獲得的主要結(jié)論與主要成果如下：
　　1.提出了一種大擾動條件下交直流系統(tǒng) Markov切換模型及非線性控制策略。雖然交直流系統(tǒng)的附加調(diào)制功能可以明顯改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是遠方反饋信息不健全和時滯的影響，嚴(yán)重降低了控制器的控制性能和系統(tǒng)安全穩(wěn)定性。

3、考慮交直流混聯(lián)系統(tǒng)的復(fù)雜動態(tài)交互行為與廣域測量系統(tǒng)的時變時滯特性，利用全狀態(tài)反饋線性化與反推控制理論，建立交直流混聯(lián)系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)的 Markov切換時滯控制模型?；谧杂蓹?quán)矩陣推導(dǎo)了部分概率轉(zhuǎn)移矩陣未知條件下對時滯不敏感的非線性控制策略，并設(shè)計了非線性 Markov切換控制器。利用 PSCAD/EMTDC搭建了交直流系統(tǒng)的控制模型，驗證了所提出的基于 Markov切換模型的非線性控制策略的有效性及魯棒性。
　　2.提出了一種

4、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運行條件下柔性直流輸電的建模及改進控制方法。由于柔性直流系統(tǒng)各輸電通道距離不一致以及直流線路本身電阻較大，導(dǎo)致遠距離、大容量直流輸電銅耗較大。為了實現(xiàn)整個系統(tǒng)銅耗最小的站間協(xié)調(diào)控制，構(gòu)建考慮本地負(fù)荷與未考慮本地負(fù)荷時直流電壓下垂系數(shù)的計算方法，提出一種改進的直流電壓下垂控制策略。引入換流站容量可調(diào)空間，使得各換流站“量力而行”地參與下垂控制功率調(diào)整。利用 PSCAD/EMTDC建立四端直流系統(tǒng)的詳細(xì)模型，仿真分析了直流輸電

5、系統(tǒng)在正常運行、換流站退出運行以及換流站三相短路故障等工況下的運行特性，并驗證了所提出穩(wěn)定控制策略的有效性。
　　3.提出了一種靜止αβ坐標(biāo)系下柔性直流輸電系統(tǒng)的比例積分-諧振proportional integral-resonant(PI-R)電流控制器，無需電流相序分解而實現(xiàn)換流器的正序、負(fù)序電流調(diào)節(jié)控制。建立了不平衡電網(wǎng)電壓條件下柔性直流輸電整流側(cè)換流器的數(shù)學(xué)模型，討論了電流負(fù)序分量對有功與無功功率2倍頻脈動影響。提出了3

6、種可供選擇的整流側(cè)換流器的控制目標(biāo)，在正向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下計算出各序電流的指令值，并設(shè)計相應(yīng)的柔性直流輸電系統(tǒng)不平衡諧振控制策略。利用 PSCAD/EMTDC建立了柔性直流輸電的詳細(xì)控制模型，驗證了所提出的 PI-R電流控制方案的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)控制性能。
　　4.提出了一種不平衡電網(wǎng)電壓條件下柔性直流輸電建模方法及功率補償控制策略。采用對稱分量法建立了不平衡電網(wǎng)電壓條件下考慮零序通道后柔性直流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分析了零序電流與直流輸電系

7、統(tǒng)有功、無功功率的關(guān)系。在電流內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)設(shè)計了主控制器和輔助控制器，其中主控制器主要用于電網(wǎng)電壓正常情況下的整流器控制或者故障情況下直流分量的控制，輔助控制器主要用于電網(wǎng)電壓不平衡情況下對功率2倍頻脈動的直接諧振補償。最后，利用 PSCAD/EMTDC搭建電網(wǎng)電壓不平衡條件下的諧振控制模型，分別驗證了直接功率諧振控制算法的穩(wěn)態(tài)性能與動態(tài)性能的有效性。
　　5.提出了一種考慮風(fēng)光荷聯(lián)合作用下的電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行建模方法。在現(xiàn)有隨機因

8、素影響下電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行方法的基礎(chǔ)上，通過引入風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電輸出功率以及負(fù)荷預(yù)測偏差的概率分布，并考慮各種隨機因素之間的關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建了風(fēng)、光、荷的聯(lián)合概率密度函數(shù)。建立了2種典型運行方式下失負(fù)荷風(fēng)險約束和經(jīng)濟調(diào)度模型，該模型采用失負(fù)荷損失量約束取代一般調(diào)度模型的失負(fù)荷風(fēng)險約束。利用改進的α-超分位數(shù)方法，采用蒙特卡羅模擬和解析法相結(jié)合進行仿真計算。最后，根據(jù)2種典型運行方式經(jīng)濟調(diào)度模型，利用 MATLAB仿真軟件計算了不同置信