交直流輸電系統(tǒng)低頻振蕩相關問題分析及阻尼控制策略研究.pdf

1、隨著我國電力工業(yè)快速發(fā)展，電網規(guī)模日益擴大，大容量機組不斷投入運行，再加上快速勵磁的普遍使用和電力市場競爭機制的引入，電網運行在穩(wěn)定極限邊緣的可能性也大為增加，低頻振蕩現(xiàn)象在大型互聯(lián)電網中更是安全運行的重要問題。而且，高壓直流輸電工程越來越多地用于我國大區(qū)電網互聯(lián)，交直流并聯(lián)輸電和多饋入直流輸電的格局將在我國的多個大區(qū)電網中出現(xiàn)，它們的投入使得電力系統(tǒng)的運行方式越來越復雜，同時也為電力系統(tǒng)提供了更為靈活的穩(wěn)定控制方式。因此，研究交直流互

2、聯(lián)系統(tǒng)低頻振蕩的穩(wěn)定與控制對我國的全國電網互聯(lián)工程來說具有非常重要的現(xiàn)實意義。 研究低頻振蕩問題主要包括兩個方面，一個是低頻振蕩是如何產生的，也就是低頻振蕩形成機理分析；另一個是如何抑制低頻振蕩的產生，也就是研究低頻振蕩阻尼控制策略。任何電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題都離不開電力負荷的作用，而感應電機是電力負荷的一個重要組成部分。因此，本文的研究也包括兩大部分，一部分是感應電機負荷對電力系統(tǒng)低頻振蕩的影響分析以及交直流并聯(lián)運行系統(tǒng)低頻振蕩模式

3、非線性相關分析；另一部分是研究交直流并聯(lián)系統(tǒng)低頻振蕩阻尼控制策略。論文的主要內容和研究成果歸納如下： ●首次運用微分動力學積分流形理論詳細推導帶感應電機負荷的電力系統(tǒng)低頻振蕩頻率和阻尼比，結合實例仿真研究感應電機負荷對電力系統(tǒng)低頻振蕩的影響，特別是感應電機慣性常數(shù)對電力系統(tǒng)低頻振蕩的影響。 ●首次運用向量場的正規(guī)形理論分析多饋入交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)低頻振蕩模式間非線性相關作用。詳細推導了交直流聯(lián)合輸電系統(tǒng)的向量場模型，在此

4、基礎上，運用向量場的正規(guī)形理論分析系統(tǒng)的二階非線性相關系數(shù)、非線性相關指標以及非線性相關系數(shù)的靈敏度，結合特征值分析，研究了一個雙饋入交直流并聯(lián)系統(tǒng)的模式非線性相關作用及其與關鍵模式阻尼之間的關系，并確定阻尼控制器參數(shù)的調整策略。 ●基于系統(tǒng)振蕩過程中暫態(tài)振蕩能量下降的原理，提出運用模糊邏輯控制理論設計發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和直流系統(tǒng)的協(xié)調控制器。采用易于測取的聯(lián)絡線功率和直流電流作為模糊控制器的輸入信號，通過從聯(lián)絡線功率變化提取速度和

5、加速度信息，在速度/加速度相平面圖中判別系統(tǒng)振蕩所處的階段和振蕩強弱；運用專家知識結合暫態(tài)能量下降原理設計模糊規(guī)則庫，在此基礎上設計模糊邏輯控制器。通過兩個交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)上的仿真研究證明了該模糊控制策略可有效增強系統(tǒng)低頻振蕩阻尼、提高系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性。 ●考慮電力系統(tǒng)非線性負荷的影響，結合微分代數(shù)系統(tǒng)反饋線性化技術研究了具有非線性負荷的MIMO電力系統(tǒng)的非線性控制策略。針對一類不能完全精確線性化的MIMO微分代數(shù)系統(tǒng)，定義了微