大規(guī)模交直流系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真和穩(wěn)定控制技術研究.pdf

1、我國能源資源與電力需求之間的逆向分布客觀上決定了我國要實施“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”電力發(fā)展戰(zhàn)略。區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)和高壓直流輸電(High Voltage Direct Current，HVDC)技術在電力系統(tǒng)中的廣泛應用使我國電力系統(tǒng)朝著大規(guī)模、跨大區(qū)、交直流互聯(lián)方向發(fā)展。交直流互聯(lián)使得大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動態(tài)行為更加復雜，傳統(tǒng)機電暫態(tài)仿真技術已不能完全滿足要求;另外，在新特性下大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行面臨更多的挑戰(zhàn)，這

2、對電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術提出了更高的要求。為此，本文圍繞大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真和穩(wěn)定控制技術進行了深入的研究，完成了以下工作:
　　(1)提出了一種適用于大規(guī)模交直流電磁暫態(tài)仿真的動態(tài)等值方法。該方法在等值的過程中保留500 kV主干網(wǎng)架、重要的直流線路以及它們之間的交流聯(lián)系，并保證等值發(fā)電機對主干網(wǎng)架支撐的短路電流與原網(wǎng)絡相同;在等值過程中不需要解開500 kV和220 kV電壓等級之間的電磁環(huán)網(wǎng)，等值后的系統(tǒng)可以用于在

3、電磁暫態(tài)仿真平臺中詳細研究大規(guī)模交直流系統(tǒng)間的相互作用特性。以南方電網(wǎng)交直流系統(tǒng)為算例表明該動態(tài)等值方法較好地保留了大規(guī)模交直流系統(tǒng)的動態(tài)特性。
　　(2)研究了一種基于PSCAD/EMTDC的大規(guī)模交直流系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真建模方法。給出了機電暫態(tài)仿真程序PSS/E和電磁暫態(tài)程序PSCAD/EMTDC中元件模型的對應關系以及PSCAD/EMTDC中元件的自定義方法。該方法已成功應用于PSCAD/EMTDC中南方電網(wǎng)交直流系統(tǒng)的搭建，

4、建模方法的有效性通過PSS/E和PSCAD/EMTDC的時域仿真對比得到了驗證。最后通過分析交流不對稱故障對直流系統(tǒng)運行乃至整個交流系統(tǒng)的影響，闡明了在研究大規(guī)模交直流系統(tǒng)時機電暫態(tài)仿真程序的局限性和采用電磁暫態(tài)仿真程序的必要性。
　　(3)提出了一種提高交直流電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的HVDC廣域魯棒控制器設計方法。該方法考慮直流系統(tǒng)簡化模型引起的誤差、信號時滯及各種干擾給附加控制器的設計增加的不確定因素，首先根據(jù)區(qū)域慣量中心(Cen

5、ter of Interia, COI)的運動方程和滑?？刂圃O計方法確定滑模切換面，然后利用李雅普諾夫穩(wěn)定性定理保證系統(tǒng)在不確定因素存在的情況下漸近穩(wěn)定，最后為了將HVDC廣域魯棒控制設計方法推廣到大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)中，提出了直流系統(tǒng)一機組控制敏感指標。以4機2區(qū)域交直流系統(tǒng)、多饋入交直流系統(tǒng)和浙江電網(wǎng)為算例表明了HVDC廣域魯棒控制器的有效性。
　　(4)提出了一種基于多工況綜合留數(shù)及H2/H∞混合控制的直流附加阻尼控制的魯棒

6、設計方法。該方法綜合考慮了控制器安裝地點和反饋信號組合方案對主導模式的可觀可控性、對其它模式的耦合作用和對多種運行工況的魯棒性三個因素，提出了多工況綜合留數(shù)指標來確定最優(yōu)方案，并通過比較所設計的控制器的H2/H∞綜合性能驗證了多工況綜合留數(shù)指標的有效性。最后，在一個大規(guī)模交直流混聯(lián)系統(tǒng)多種運行工況多種故障下驗證了基于多工況綜合留數(shù)和H2/H∞的直流附加阻尼控制魯棒設計方法的有效性。
　　(5)分析了大規(guī)模交直流系統(tǒng)中直流系統(tǒng)實際輸