提升交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的多端直流最優(yōu)緊急功率控制
發(fā)布時間:2021-03-25 16:38
隨著新能源在電力系統(tǒng)中的占比日益增大、系統(tǒng)有效慣量不斷降低,交直流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性問題變得尤為突出。為解決交直流混聯(lián)系統(tǒng)有效慣量降低、有效阻尼下降導致的功角穩(wěn)定性問題,提出一種基于最優(yōu)控制的多端直流(MTDC)系統(tǒng)的緊急功率調(diào)制方案。通過對直流潮流方程在電壓平衡點處線性化,建立了含有直流網(wǎng)絡(luò)功率調(diào)制控制的交直流混聯(lián)系統(tǒng)模型。以發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差和控制能耗最小為目標,考慮直流母線電壓、直流電流、換流器功率等運行約束,得出最優(yōu)控制律;谌龣C九節(jié)點的交直流混聯(lián)系統(tǒng)非線性數(shù)值仿真,表明所提控制方案在系統(tǒng)故障和負荷突變情況下均可有效抑制多機系統(tǒng)的第一搖擺,提高交直流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
【文章來源】:電力系統(tǒng)保護與控制. 2020,48(17)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】:8 頁
【部分圖文】:
單VSC的功率-電壓下垂控制
為驗證所提最優(yōu)控制的有效性,如圖3所示,在經(jīng)典三機九節(jié)點系統(tǒng)[31]中嵌入三端MTDC網(wǎng)絡(luò)。交流系統(tǒng)的額定電壓為220 kV,直流系統(tǒng)的額定電壓為±200 kV,系統(tǒng)的額定容量為100 MVA。三臺發(fā)電機(記為G1、G2和G3)采用經(jīng)典模型。如圖3所示,三個本地負荷(記為L1、L2和L3)采用恒阻抗模型,其中L1為0.9+j1.63 p.u.,L2為1+j0.35 p.u.,L3為1.25+j0.5 p.u.。MTDC電網(wǎng)中的三個VSC通過母線5,7和9連接到交流系統(tǒng)。在正常模式運行下,換流器1和2(記為C1和C2)作為整流器運行,換流器3(記為C3)作為逆變器運行。所有換流站均以電壓下垂控制模式運行,與交流側(cè)交換的無功功率保持為零,確保單位功率因數(shù)。其他有關(guān)參數(shù)見表1。圖3 所研究的交直流混聯(lián)系統(tǒng)圖
圖4表明了交直流混聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生金屬故障時的動態(tài)響應(yīng)過程。在t=0.4 s,交流母線4上發(fā)生三相金屬性接地,在t=0.516 s時清除。圖4比較了兩種不同的控制方案,即基于傳統(tǒng)線性反饋控制和所提的最優(yōu)控制。最優(yōu)控制的實施原理可參見圖2。通過采集系統(tǒng)當前的實時轉(zhuǎn)速信息,依據(jù)所構(gòu)建的系統(tǒng)模型,以下一個時刻發(fā)電機G1和G2的轉(zhuǎn)速偏差最小和當前時刻控制能耗最小為目標函數(shù),計算出當前時刻的最優(yōu)控制指令,在本文中最優(yōu)控制指令每隔20 ms更新一次。為方便起見,優(yōu)化模型目標函數(shù)中的兩個自定義的矩陣均選為單位陣。圖4表明,交流故障期間的不平衡功率導致了同步發(fā)電機G1和G2間轉(zhuǎn)子角度偏差發(fā)生振蕩。傳統(tǒng)基于線性反饋的控制和所提出的最優(yōu)控制都可以在系統(tǒng)受擾后提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。如圖4(a)和圖4(b)所示,在不加任何輔助控制下,G1和G2之間轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差和轉(zhuǎn)子功角偏差的振蕩幅度明顯,并且系統(tǒng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)需要經(jīng)歷較長的暫態(tài)過程。如圖4(a)所示,在不加任何輔助控制下,G1和G2之間轉(zhuǎn)子功角偏差的第一次搖擺達到了-0.567 5。然而,基于傳統(tǒng)線性反饋控制只將該值略微改善至-0.567 4,但所提最優(yōu)控制將該值大大提高至-0.533 5。因此,所提最優(yōu)控制可在很大程度上改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定,并且有助于系統(tǒng)在交流故障后快速恢復至穩(wěn)定狀態(tài)。從圖4(c)和圖4(d)可以清楚地看出,在系統(tǒng)的受擾后,利用所提的最優(yōu)控制,通過改變MTDC各直流端口的有功出力來有效地抑制同步發(fā)電機間功角振蕩,這在很大程度上改善了整個系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。4.2 負荷的突然擾動
【參考文獻】:
期刊論文
[1]離心風機變頻調(diào)速運行中存在問題及解決方法[J]. 馬翔,董康田,鄭金,李昊燃. 熱力發(fā)電. 2019(11)
[2]基于自適應(yīng)暫態(tài)下垂控制的光伏頻率快速響應(yīng)方案[J]. 孫鋼虎,王恩南,賀婷,楊沛豪,陳濟穎,寇水潮,王小輝,李軍慶,郭霞,高峰,薛磊. 熱力發(fā)電. 2019(08)
[3]計及VSC的交直流混聯(lián)電網(wǎng)擴展規(guī)劃研究[J]. 胥威汀,歐陽雪彤,蘇運掣,陶宇軒. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2019(13)
[4]下垂控制對直流電網(wǎng)動態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響分析[J]. 吳蒙,賀之淵,閻發(fā)友,吳亞楠,楊杰,周嘯. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2019(10)
[5]適應(yīng)分布式電源接入的雙模式饋線自動化研究[J]. 張維,宋國兵,豆敏娜,常仲學,陳奎陽,郭上華. 供用電. 2019(05)
[6]交直流混合微網(wǎng)交直潮流斷面協(xié)調(diào)最優(yōu)控制[J]. 李鵬,李鑫明,陳安偉,付強,郭天宇,汪樂天. 中國電機工程學報. 2017(13)
[7]多端直流系統(tǒng)直流故障保護研究綜述[J]. 焦在濱,姜振超. 四川電力技術(shù). 2017(01)
[8]基于電壓控制特性的電壓源型多端直流/交流系統(tǒng)潮流求解[J]. 楊堤,程浩忠,姚良忠,曾平良. 電力系統(tǒng)自動化. 2016(06)
[9]混合多端直流輸電系統(tǒng)附加控制器設(shè)計[J]. 張立奎,張英敏. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2016(02)
[10]舟山多端柔性直流輸電工程換流站內(nèi)部暫態(tài)過電壓[J]. 鄧旭,王東舉,沈揚,陳錫磊,周浩,孫可. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2013(18)
本文編號:3099978
【文章來源】:電力系統(tǒng)保護與控制. 2020,48(17)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】:8 頁
【部分圖文】:
單VSC的功率-電壓下垂控制
為驗證所提最優(yōu)控制的有效性,如圖3所示,在經(jīng)典三機九節(jié)點系統(tǒng)[31]中嵌入三端MTDC網(wǎng)絡(luò)。交流系統(tǒng)的額定電壓為220 kV,直流系統(tǒng)的額定電壓為±200 kV,系統(tǒng)的額定容量為100 MVA。三臺發(fā)電機(記為G1、G2和G3)采用經(jīng)典模型。如圖3所示,三個本地負荷(記為L1、L2和L3)采用恒阻抗模型,其中L1為0.9+j1.63 p.u.,L2為1+j0.35 p.u.,L3為1.25+j0.5 p.u.。MTDC電網(wǎng)中的三個VSC通過母線5,7和9連接到交流系統(tǒng)。在正常模式運行下,換流器1和2(記為C1和C2)作為整流器運行,換流器3(記為C3)作為逆變器運行。所有換流站均以電壓下垂控制模式運行,與交流側(cè)交換的無功功率保持為零,確保單位功率因數(shù)。其他有關(guān)參數(shù)見表1。圖3 所研究的交直流混聯(lián)系統(tǒng)圖
圖4表明了交直流混聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生金屬故障時的動態(tài)響應(yīng)過程。在t=0.4 s,交流母線4上發(fā)生三相金屬性接地,在t=0.516 s時清除。圖4比較了兩種不同的控制方案,即基于傳統(tǒng)線性反饋控制和所提的最優(yōu)控制。最優(yōu)控制的實施原理可參見圖2。通過采集系統(tǒng)當前的實時轉(zhuǎn)速信息,依據(jù)所構(gòu)建的系統(tǒng)模型,以下一個時刻發(fā)電機G1和G2的轉(zhuǎn)速偏差最小和當前時刻控制能耗最小為目標函數(shù),計算出當前時刻的最優(yōu)控制指令,在本文中最優(yōu)控制指令每隔20 ms更新一次。為方便起見,優(yōu)化模型目標函數(shù)中的兩個自定義的矩陣均選為單位陣。圖4表明,交流故障期間的不平衡功率導致了同步發(fā)電機G1和G2間轉(zhuǎn)子角度偏差發(fā)生振蕩。傳統(tǒng)基于線性反饋的控制和所提出的最優(yōu)控制都可以在系統(tǒng)受擾后提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。如圖4(a)和圖4(b)所示,在不加任何輔助控制下,G1和G2之間轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差和轉(zhuǎn)子功角偏差的振蕩幅度明顯,并且系統(tǒng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)需要經(jīng)歷較長的暫態(tài)過程。如圖4(a)所示,在不加任何輔助控制下,G1和G2之間轉(zhuǎn)子功角偏差的第一次搖擺達到了-0.567 5。然而,基于傳統(tǒng)線性反饋控制只將該值略微改善至-0.567 4,但所提最優(yōu)控制將該值大大提高至-0.533 5。因此,所提最優(yōu)控制可在很大程度上改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定,并且有助于系統(tǒng)在交流故障后快速恢復至穩(wěn)定狀態(tài)。從圖4(c)和圖4(d)可以清楚地看出,在系統(tǒng)的受擾后,利用所提的最優(yōu)控制,通過改變MTDC各直流端口的有功出力來有效地抑制同步發(fā)電機間功角振蕩,這在很大程度上改善了整個系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。4.2 負荷的突然擾動
【參考文獻】:
期刊論文
[1]離心風機變頻調(diào)速運行中存在問題及解決方法[J]. 馬翔,董康田,鄭金,李昊燃. 熱力發(fā)電. 2019(11)
[2]基于自適應(yīng)暫態(tài)下垂控制的光伏頻率快速響應(yīng)方案[J]. 孫鋼虎,王恩南,賀婷,楊沛豪,陳濟穎,寇水潮,王小輝,李軍慶,郭霞,高峰,薛磊. 熱力發(fā)電. 2019(08)
[3]計及VSC的交直流混聯(lián)電網(wǎng)擴展規(guī)劃研究[J]. 胥威汀,歐陽雪彤,蘇運掣,陶宇軒. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2019(13)
[4]下垂控制對直流電網(wǎng)動態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響分析[J]. 吳蒙,賀之淵,閻發(fā)友,吳亞楠,楊杰,周嘯. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2019(10)
[5]適應(yīng)分布式電源接入的雙模式饋線自動化研究[J]. 張維,宋國兵,豆敏娜,常仲學,陳奎陽,郭上華. 供用電. 2019(05)
[6]交直流混合微網(wǎng)交直潮流斷面協(xié)調(diào)最優(yōu)控制[J]. 李鵬,李鑫明,陳安偉,付強,郭天宇,汪樂天. 中國電機工程學報. 2017(13)
[7]多端直流系統(tǒng)直流故障保護研究綜述[J]. 焦在濱,姜振超. 四川電力技術(shù). 2017(01)
[8]基于電壓控制特性的電壓源型多端直流/交流系統(tǒng)潮流求解[J]. 楊堤,程浩忠,姚良忠,曾平良. 電力系統(tǒng)自動化. 2016(06)
[9]混合多端直流輸電系統(tǒng)附加控制器設(shè)計[J]. 張立奎,張英敏. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2016(02)
[10]舟山多端柔性直流輸電工程換流站內(nèi)部暫態(tài)過電壓[J]. 鄧旭,王東舉,沈揚,陳錫磊,周浩,孫可. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2013(18)
本文編號:3099978
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