復(fù)雜運(yùn)行條件下交直流系統(tǒng)運(yùn)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(shì)的同時(shí)也對(duì)其安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了挑戰(zhàn)。由于我國大規(guī)模可再生能源特別是風(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(shí)施“西電東送、南北互補(bǔ)、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(kuò)大與可再生能源發(fā)電滲透率的增加，電力系統(tǒng)安全運(yùn)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(yùn)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(yùn)行條件下交直流系統(tǒng)安全運(yùn)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(yàn)證進(jìn)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(dòng)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(yuǎn)方反饋信息不健全和時(shí)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(dòng)態(tài)交互行為與廣域測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)變時(shí)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(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的 Markov切換時(shí)滯控制模型。基于自由權(quán)矩陣推導(dǎo)了部分概率轉(zhuǎn)移矩陣未知條件下對(duì)時(shí)滯不敏感的非線性控制策略，并設(shè)計(jì)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(yàn)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(yùn)行條件下柔性直流輸電的建模及改進(jìn)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(yuǎn)距離、大容量直流輸電銅耗較大。為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(shí)直流電壓下垂系數(shù)的計(jì)算方法，提出一種改進(jìn)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(yùn)行、換流站退出運(yùn)行以及換流站三相短路故障等工況下的運(yùn)行特性，并驗(yàn)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(shí)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(duì)有功與無功功率2倍頻脈動(dòng)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(jì)算出各序電流的指令值，并設(shè)計(jì)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(yàn)證了所提出的 PI-R電流控制方案的穩(wěn)態(tài)與動(dòng)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(bǔ)償控制策略。采用對(duì)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(jì)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(duì)功率2倍頻脈動(dòng)的直接諧振補(bǔ)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(yàn)證了直接功率諧振控制算法的穩(wěn)態(tài)性能與動(dòng)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(jì)運(yùn)行建模方法。在現(xiàn)有隨機(jī)因

8、素影響下電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(cè)偏差的概率分布，并考慮各種隨機(jī)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(yùn)行方式下失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)約束和經(jīng)濟(jì)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(xiǎn)約束。利用改進(jìn)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(jìn)行仿真計(jì)算。最后，根據(jù)2種典型運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，利用 MATLAB仿真軟件計(jì)算了不同置信